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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA DISCIPLINA PRINCÍPIOS DE USINAGEM MÁQUINAS-FERRAMENTAS Santa Maria, 2007 Sumário 1 Acionamentos .............................................................................................6 1.1 Acionamento por grupos: .....................................................................6 1.2 Acionamento individual:........................................................................6 1.3 Meios de transmissão de energia:........................................................6 1.4 Mecanismos variadores de velocidade:................................................7 1.4.1 Escalonados:..................................................................................7 1.4.2 Contínuos: ......................................................................................7 1.5 Mecanismos Variadores de Sentido de Rotação:.................................7 2 Tornos.........................................................................................................9 2.1 Roscas ...............................................................................................20 3 Fresadoras................................................................................................28 3.1 Cabeçotes Divisores – Processos de Divisão ....................................29 3.1.1 Divisão Direta ...............................................................................30 3.1.2 Divisão Indireta Simples ...............................................................30 3.1.3 DiVisão Indireta Composta...........................................................33 3.1.4 Divisão Diferencial........................................................................36 4 Plainas ......................................................................................................40 4.1 Mecanismo de Transmissão das Plainas Lim. - Glifo Oscilante .........41 5 Mandriladoras ...........................................................................................43 6 Furadeiras.................................................................................................47 7 Dentadoras ...............................................................................................49 7.1 Dentadoras por Fresa-Matriz..............................................................51 7.1.1 Emprego.......................................................................................51 7.1.2 Alguns Fabricantes.......................................................................51 7.1.3 A Ferramenta ...............................................................................51 7.1.4 Fundamentos do Processo...........................................................52 7.1.5 Erros Geométricos no Perfil dos Dentes ......................................55 8 Brochadeira...............................................................................................56 9 Retificação ................................................................................................60 9.1 Tipos de Retificação: ..........................................................................60 9.1.1 Retificação Cilíndrica:...................................................................60 9.1.2 Retificação Plana: ........................................................................64 9.1.3 Retificação Cônica: ......................................................................65 9.1.4 Retificação de Perfis (Especial):...................................................67 10 Comando numérico computadorizado ...................................................68 10.1 Comando Numérico: .......................................................................68 10.2 Programação CNC:.........................................................................69 11 Eletroerosão ..........................................................................................71 Lista de Figuras Figura 1 - Torno paralelo – detalhamento.......................................................10 Figura 2 - Processos realizados no torno. ......................................................13 Figura 3 - Torneamento cônico através do deslocamento angular do carro superior. ....................................................................................................................14 Figura 4 - Torneamento cônico através do deslocamento transversal do cabeçote móvel. ........................................................................................................14 Figura 5 - Torno Paralelo. ...............................................................................15 Figura 6 - Torno semi automático a castelo....................................................16 Figura 7 - Torno automático............................................................................17 Figura 8 - Exemplo de ciclo de usinagem em um torno. .................................17 Figura 9 - Torno copiador. ..............................................................................18 Figura 10 - Torno vertical................................................................................19 Figura 11 - Mecanismo de detalonamento do Torno Detalonador..................20 Figura 12 - Algumas operações de fresamento ..............................................28 Figura 13 - Fresamento vertical ......................................................................29 Figura 14 - Cabeçote Divisor Universal ..........................................................29 Figura 15 - Perfis produzidos na limadora ......................................................40 Figura 16 - Plaina limadora.............................................................................41 Figura 17 - Esquema ilustrativo sobre as velocidades de ida e volta .............42 Figura 18 - Plaina vertical ...............................................................................42 Figura 19 - Plaina de mesa.............................................................................43 Figura 20 - Foto de Mandriladora Horizontal ..................................................43 Figura 21 - Mandriladora Horizontal ...............................................................44 Figura 22 - Vista de operação de mandrilamento ...........................................45 Figura 23 - Mandrilamento..............................................................................45 Figura 24 - Tipos de mandrilamento ...............................................................46 Figura 25 - Furadeira de coluna......................................................................47 Figura 26 - Furadeira radial ............................................................................48 Figura 27 - Furadeira de 1 cabeçote de múltiplas ferramentas.......................48 Figura 28 - Dentadora por fresa matriz ...........................................................50 Figura 29 - Dentadora por aplainamento ........................................................50 Figura 30 - Ferramenta e peça com hélices de sentidos diferentes ...............53 Figura 31 - Ferramenta e peça com hélices de mesmo sentido .....................53 Figura 32 - Movimento helicoidal ....................................................................54 Figura 33 - Brochamento ................................................................................56 Figura 34 - Brocha ..........................................................................................56 Figura 35 - Etapas de brochamento ...............................................................57 Figura 36 - Brochadeira hidráulica..................................................................58Figura 37 - Brochas de tração e compressão .................................................59 Figura 38 - Brocha para superfície externa.....................................................59 Figura 39 - Retificação sem centros (Centerless). ..........................................62 Figura 40 - Retificação externa de um elemento cilíndrico. ............................63 Figura 41 - Retificação de uma superfície cilíndrica interna. ..........................64 Figura 42 - Retificadora Plana. .......................................................................65 Figura 43 - Retificação externa de um elemento levemente cônico ...............66 Figura 44 - Retificação externa de um elemento bastante cônico. .................66 Figura 45 - Retificação cônica interna de um elemento pouco cônico............67 Figura 46 - Retificação interna cônica de uma superfície bastante cônica. ....67 6 1 ACIONAMENTOS As máquinas-ferramentas foram desenvolvidas para facilitar o trabalho do homem. Por isso, tratou-se de substituir o acionamento manual por recursos naturais como rodas movidas à água, motores de vento, e, mais tarde, máquinas a vapor ou motores de combustão interna. Atualmente, as máquinas-ferramentas são, em geral, acionadas por energia elétrica. 1.1 ACIONAMENTO POR GRUPOS: Este tipo de acionamento foi muito usado e caracteriza-se por um grupo com várias máquinas-ferramentas movimentadas por um mesmo motor. Por isso, oferece uma série de desvantagens. Resulta incômodo porque necessita de uma transmissão que se dispõe no teto, nas paredes ou também no chão de uma oficina. Se a máquina-motriz ou a própria transmissão sofrem avaria, resultará na imobilização de todo o grupo de máquinas-ferramentas. Por outro lado, quando uma dada máquina-ferramenta não trabalha, funciona em vazio a parte da transmissão que lhe corresponde, causando desgaste dos mancais e correias e elevado consumo de energia. 1.2 ACIONAMENTO INDIVIDUAL: Com o acionamento individual, cada máquina-ferramenta pode ser posta em funcionamento independemente, tendo para isso um elemento motor. 1.3 MEIOS DE TRANSMISSÃO DE ENERGIA: Podem ser utilizadas correias planas (abertas, cruzadas ou entre eixos cruzados), correias trapezoidais ou engrenagens dos diversos tipos (clilíndricas, cônicas, parafuso sem-fim e coroa, e pinhão e cremalheira). 7 1.4 MECANISMOS VARIADORES DE VELOCIDADE: Podem ser escalonados ou contínuos. 1.4.1 ESCALONADOS: a) Cone de polias escalonadas; b) Cone de polias escalonadas com jogo de engrenagens simples; c) Cone de polias escalonadas com duplo jogo de engrenagens; d) Mecanismo de engrenagens intercambiáveis; e) Mecanismo de engrenagens deslizantes; f) Mecanismo de engrenagens com acoplamento frontal; g) Mecanismo de chaveta móvel; h) Mecanismo de engrenagens oscilantes (NORTON). 1.4.2 CONTÍNUOS: a) Cone invertido e correia; b) Polias cônicas ajustáveis (PIV); c) Cones invertidos de fricção com roda cilíndrica intermediária; d) Rodas de fricção; e) Com fluido sob pressão; f) Elétrico. 1.5 MECANISMOS VARIADORES DE SENTIDO DE ROTAÇÃO: a) Por correias cruzadas; b) Por rodas de fricção; c) Por engrenagens de dentes retos; d) Por engrenagens cônicas. 1.6 Mecanismos para Produzir Movimentos Retilíneos: a) Pinhão e Cremalheira; b) Porca e Parafuso; 8 c) Biela corrediça; d) Biela-manivela; e) Disco excêntrico; f) Came radial; g) Came cilíndrica; h) Sistema hidráulico. 9 2 TORNOS Os tornos são máquinas-ferramentas destinadas a produzir peças de revolução. Eventualmente, em função de adaptações, uso de acessórios ou mesmo pela habilidade e criatividade do operador, outras geometrias poderão ser produzidas. Usualmente a peça recebe movimento rotativo através da fixação em uma placa de sujeição (com castanhas autocentrantes, independentes ou placa de arrasto) e a usinagem é realizada pela movimentação de uma ferramenta de tornear. 10 Figura 1 - Torno paralelo – detalhamento. 11 Órgãos de Comando e Controle Conjuntos 1 Botões para ligar o motor principal 27 Motor elétrico principal 2 Botão para ligar a eletrobomba 28 Eletrobomba para líquido refrigerante 3 Botão de parar os motores 29 Reservatório para líquido refrigerante 4 Alavanca engate fricção comando mandril 30 Fricção de discos para engate moto mandril 5 Pedal de parada e de freio do mandril 31 Freio eletromagnético de parada do mandril 6 Alavanca mudança velocidades do mandril 32 Grupo de conexão pedal fricção e terceira vara 7 Alavanca comando aceleração e retardo 33 Aparelhagem elétrica a tele-comando 8 Botão de comando inversão avanços 34 Bomba para circulação óleo no cabeçote e na caixa 9 Alavanca comando relações para rosquear 35 Bronzina para ajuste radial da folga do mandril 10 Alavanca comando velocidades para avanços 36 Grupo engrenagens do retardo 11 Alavanca de nove posições a escolha das roscas 37 Mandril de flange (cam-locks) 12 Alavanca comando relações para rosquear 38 Castelo porta utensílios 13 Volante para deslocamento manual do carro 39 Luva roscada para o fuso trenó porta utensílios 14 Volante para deslocamento manual do trenó transversal 40 Grupo engrenagens para inversão do avanço 15 Volante para deslocamento trenó-porta utensílios 41 Luva abrível para engate fuso-mestre 16 Alavanca para engate avanços 42 Fuso mestre para rosquear 17 Alavanca comando luva roscada furo mestre 43 Vara condutora para os avanços 18 Volante para deslocar suporte da contraponta 44 Vara de comando partida e parada mandril 19 Alavanca de travamento rápido da contra ponta 45 Bloco de fixação contra ponta 20 Alavanca de travamento suporte contraponta 46 Suporte lateral bancada 21 Parafuso para deslocamento transversal contraponta 47 Bacia guarda cavacos 22 Alavanca de travamento do carro 48 Filtro do líquido refrigerante 23 Indicador do nível de óleo na caixa 49 Dentadura para o avanço do carro 24 Indicador do nível de óleo no saia 50 Luva roscada para o fuso transversal 25 Alavanca engate de fricção comando mandril 51 Correia transmissão avanço 52 Rodas externas transmissão para roscas 53 Grupo engrenagens para roscas 54 Grupo engrenagens para avanço 55 Grupo engrenagens mudança velocidade do mandril 56 Grupo engrenagens para engate avanços Tabela 1: Detalhamento da figura 1. O torno é formado por um embasamento ou bancada, por um cabeçote fixo, onde situa-se o motor e parte da transmissão, por um conjunto de carros que permitem a movimentação da ferramenta e por um cabeçote móvel. As operações realizáveis num torno paralelo são: a) Torneamento cilíndrico ou longitudinal: processo no qual a ferramenta se desloca segunda uma trajetória paralela ao eixo principal de rotação da máquina, pode ser externo ou interno. Quando o torneamento cilíndrico 12 visa obter na peça um entalhe circular na face perpendicular ao eixo de rotação da máquina, o torneamento é denominado sangramento axial; b) Torneamento radial ou faceamento: processo na qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória perpendicular ao eixo de rotação da máquina; c) Torneamento cônico: processo no qual a ferramenta se desloca segunda uma trajetória retilínea, inclinada em relação ao eixo de rotação da máquina, pode ser interno ou externo; d) Perfilamento: processo no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea radial ou axial, visando a obtenção de uma forma definida, determinada pelo perfil da ferramenta; e) Sangramento: ocorre movimento transversal como no faceamento, utilizado por exemplo para separar o material de uma peça (corte de barras); f) Furação e torneamento interno; g) Torneamento excêntrico; h) Recartilhado: é uma operação que se faz frequentemente nos trabalhos de torno para que certas partes daspeças ofereçam um meio fácil de aderência na empunhadura à mão. Para obtenção do recartilhado empregam-se roletes de aço temperado dispostos num suporte especial, sendo os mesmos pressionados contra a peça em rotação. A ferramenta é montada no porta-ferramenta do torno; i) Alargamento; j) Detalonamento: é uma operação de usinagem destinada a retirar material da superfície de folga (dorso dos dentes) de ferramentas multi-cortantes de perfil constante, tais como fresas, machos de roscar, etc., de modo que estas conservem seu perfil inicial mesmo após sucessivas reafiações; k) Retificação: processo que visa a obtenção, ou correção, de superfícies com uma determinada tolerância de medidas; l) Fabricação de molas; j) Fabricação de Roscas: como o próprio nome indica, neste caso, velocidade de corte e avanço são tais a promover o filetamento da peça de trabalho com um passo desejado. Para isto, é preciso engrenar a árvore do cabeçote fixo com o fuso de avanço por meio de engrenagens. 13 Figura 2 - Processos realizados no torno. O torneamento cônico pode ser realizado, em um torno paralelo convencional, da seguintes maneiras: a) Através do uso de ferramenta perfilada, com afiação referente ao ângulo desejado; b) Através do uso de régua-guia, que é um acessório disponível em alguns tornos que permite que o carro transversal avance simultaneamente, a medida que o carro principal executa um movimento longitudinal; c) Através do deslocamento angular do carro superior, que permite a produção de cones de qualquer ângulo, permite a usinagem de cones internos, tem 14 o comprimento limitado pelo curso do carro superior e como não tem movimento automático, o acabamento não é bom; d) Através do deslocamento transversal do cabeçote móvel, com a peça entre pontos, que permite a produção de cones somente externos, de comprimento maior, porém de pequeno ângulo em função de restrições geométricas, apresenta bom acabamento pois permite o uso de avanço automático, o que também possibilita a produção de roscas cônicas. Figura 3 - Torneamento cônico através do deslocamento angular do carro superior. Figura 4 - Torneamento cônico através do deslocamento transversal do cabeçote móvel. 15 Dentre os diversos tipos pode-se citar: a) Tornos paralelos: são máquinas mais utilizadas, de um modo geral não oferecem grandes possibilidades de usinagem em série devido a dificuldade da troca de ferramenta. São formados em geram por seis partes principais: barramento, cabeçote motor, carro porta utensílio e saia, contra ponta, sistema de mudança de velocidade, circuitos de lubrificação e refrigeração. Figura 5 - Torno Paralelo. b) Tornos semi-automáticos de castelo: foi desenvolvido pela dificuldade oferecida pelos tornos paralelos da troca da ferramenta. È dotado de um carro longitudinal e outro carro (também longitudinal) com um castelo giratório porta-ferramentas de seis posições (estações). Este castelo é justamente a característica marcante desta máquina, existe a possibilidade de rodar um sexto de giro, apresentando uma nova ferramenta toda a vez que o carro sotoposto recuar para a direita, oferecendo uma maior facilidade na usinagem em série. 16 Figura 6 - Torno semi automático a castelo. c) Tornos automáticos: utilizado em processos pré programados que dispensam a presença do operador (um operador pode cuidar de diversos tornos ao mesmo tempo). Em virtude dos seus movimentos sincronizados e perfeitos, reproduzem repetidamente um mesmo ciclo de trabalho em um tempo muito curto. A programação dos movimentos é feita através da interligação dos principais órgãos tais como engrenagens, cremalheiras, balancins, eixos de came, etc.. 17 Figura 7 - Torno automático Figura 8 - Exemplo de ciclo de usinagem em um torno. 18 d) Tornos copiadores: do ponto de vista funcional podem ser considerados a categoria dos tornos semi automáticos, pelo fato de que a peça, ainda indefinida, depois de ter sido posicionada entre a autocentrante e a contra ponta da própria máquina, é obrigada a rodar em torno do seu eixo, e então submetida a remoção do cavaco mediante um utensílio que se move automaticamente seguindo um perfil imposto por um padrão copiador. A ponta do utensílio descreve uma linha que é a resultante de dois movimentos: longitudinal e obliquo dos dois carros. Figura 9 - Torno copiador. e) Tornos universais: muito parecidos com os tornos paralelos, mas cumprem funções diversificadas e apresentam características únicas. f) Tornos verticais: máquinas robustas que surgiram com a necessidade de tornear elementos de diâmetro notável, porém de pouca espessura, como anéis de turbina, grandes volantes e polias, etc., os quais pelo notável peso podem ser melhor posicionados sobre uma plataforma horizontal, como um carrocel, em vez de utilizar uma placa vertical. 19 Figura 10 - Torno vertical Montante de gusa (A), base (B), plataforma rotativa (C), travessa portante (D), carros deslizantes (E, F e H), castelo rotativo porta utensílios (G), suporte (I). g) Torno detalonador: Utilizado para perfilar dentes de fresas de perfil constante, parafusos, fresas para engrenagens, machos e etc.. 20 Figura 11 - Mecanismo de detalonamento do Torno Detalonador. O critério para a escolha do tipo de torno a ser utilizado para uma determinada operação deverá ser feita com base nos seguintes coeficientes: - Dimensões da peça a ser produzida; - Sua forma; - Quantidade de produção; - Grau de precisão requerido. 2.1 ROSCAS As ferramentas de corte utilizadas devem ter o perfil da rosca a ser obtida (triangular, trapezoidal, etc.). A rosca deve ser entalhada em várias passadas. Nas passadas de desbaste normalmente faz-se a ferramenta cortar principalmente por sua aresta mais avançada considerando o sentido do avanço. Para isso, ou se dá pequenos deslocamentos no carro superior depois e cada passada e a profundidade radial através do carro transversal ou se dispõe o carro superior com suas guias paralelas ao flanco ou rosca mais retardado em relação ao sentido do avanço, sendo deslocado apenas o carro superior depois de cada passada e permanecendo fixa a posição do carro transversal. 21 Nas passadas de acabamento requer-se novamente que a ferramenta corte simultaneamente os dois flancos da rosca. Para isso, depois de cada passada somente o carro superior é deslocado. O avanço do carro principal é conseguido com o auxílio do mecanismo fusoe porca bipartida. Depois de cada passada a ferramenta deve ser afastada da peça por causa das folgas existentes nos mecanismos de transmissão; o retrocesso do carro principal é feito com o mecanismo de avanço engatado. Se, entretanto, o passo da rosca em execução for múltiplo do passo da rosca do fuso principal, pode-se desengatar a porca bipartida ao final de cada passada e fazer o retrocesso do carro principal manualmente. Por outro lado, se o carro possui relógio indicador de roscas pode-se desengatar a porca bipartida sempre que se estiver executando roscas de mesmo tipo que a rosca do fuso (métrica ou em polegadas). Então, se o fuso do torno possuir rosca métrica e estiver-se executando na peça uma rosca em polegadas, ou vice-versa, o retrocesso do carro principal depois de uma passada, deve ser feito com a porca bipartida engatada. Considerando a posição normal do trabalho da ferramenta, pelo lado anterior do torno, as roscas direitas são obtidas começando-se a entalhá-las a partir do lado esquerdo da peça. A ferramenta de roscar deve ter a sua ponta situada a uma mesma altura do eixo principal do torno; a mesma pode ser centrada lateralmentecom o auxílios de gabaritos adequados (escantilhões). Normalmente a velocidade de corte adequada tem um valor de cerca de 1/3 do correspondente ao torneamento comum; a refrigeração e a lubrificação da ferramenta devem ser abundantes. Para a operação de roscamento, deve haver uma relação de transmissão adequada entre a rotação da árvore principal e do fuso. Como o carro principal é acionado pelo mecanismo fuso e poça bipartida, a cada volta do fuso o carro se desloca longitudinalmente de um valor igual ao passo da rosca do fuso. Como os movimentos da árvore principal e do fuso são do tipo uniforme e contínuo, pode-se escrever: np . pp = nf . pf f p n f p p n n = 22 onde: np = velocidade de rotação da peça nf = velocidade de rotação do fuso pp = passo da rosca da peça pf = passo da rosca do fuso Considerando que o número de dentes de acoplagens acopladas é inversamente proporcional a suas rotações, pode-se também escrever: f p p f z z n n = sendo: zp = produto do número de dentes das engrenagens condutoras (árvore principal = condutora) zf = produto do número e dentes das engrenagens conduzidas (fuso = conduzido) Comparando-se as duas ultimas expressões, resulta: conduzidassengrenagen sscondutoraengrenagen p p z z f p f p _ _ == Quando o torno possui caixa de avanço e roscamento, parte da relação da transmissão é realizada peãs engrenagens da referida caixa e parte pelas engrenagens intercambiáveis da grade; se o torno não dispõe de caixa de avanço e roscamento, a relação de transmissão para obter o passo desejado é realizada apenas pelas engrenagens intercambiáveis da grade (não é o caso dos tornos modernos). Por razões puramente didáticas considerar-se-á alguns cálculos para a determinação das engrenagens intercambiáveis da grade. Para tanto, em alguns casos, é necessário lançar-se mão de relações aproximadas tais como as apresentadas na tabela 1. Exemplos: Nos exemplos apresentados a seguir supo-se-á que o torno possua engrenagens intercambiáveis de 20 a 150 dentes, com um incremento de 5 dentes, 23 e mais uma engrenagem de 20 dentes, uma de 21 dentes, uma de 127 dentes e uma de 157 dentes. a) Fuso e rosca com rosca milimétrica pp = 0,3 mm pf = 6 mm 20 1 60 3 6 3,0 ==== f p f p p p z z Como a relação e transmissão é grande, deve-se empregar mais do que um grupo de engrenagens. Assim: )20.(5 )20.(1 )20.(4 )20.(1 5 1 4 1 20 1 xx z z f p === conduzidas condutoras x zf zp == 100 20 80 20 b) Fuso com rosca em polegadas e peça com rosca miimétrica pp = 11 mm pf = 1/4 polegadas (4 fios por polegada) )20.(1 )20.(4 )5.(4,25 )5.(11 1 4 4,25 11 )4/1.(4,25 11 xx p p z z f p f p ==== 20 80 127 55 x z z f p = c) Fuso e peça com rosca em polegadas pp = 2,5 pol. = 5/2 pol. pf = 0,25 pol. = 1/4 pol. )20.(1 )20.(4 )10.(2 )10.(5 1 4 2 5 4/1 2/5 xx p p z z f p f p ==== 20 80 20 50 x z z f p = d) Fuso com rosca milimétrica e peça com rosca em polegada pp = 1/4 pol. 24 pf = 6 mm 6 1 4 4,25 6 4,25).4/1( x p p z z f p f p === 6 1 20 127 6 1 )5.(4 )5.(4,25 xx z z f p == 120 127 = f p z z e) Roscas de módulo m = 2,5 mm pf = 4 mm O passo da rosca é calculado por: Pp = m.pi = 2,5 x pi Então: 4 .5,2 pi == f p f p p p z z Da tabela 1, tem-se, por exemplo: 7 22 =pi Nestas condições: 7 22 )10.(4 )10.(5,2 7 22 4 5,2 4 )7/22.(5,2 xx z z f p === )5.(7 )5.(22 40 25 7 22 40 25 xx z z f p == 35 110 40 25 x z z f p = f) Roscas com diametral pitoh f.1) Passo com fuso em milímetros D.P. = 7 Pf = 12 mm O passo da rosca da peça é calculado por: 25 Pp = 7 .4,25 .. .4,25 pipi = PD Assim: )12.(7 .4,25 12 7/).4,25( pipi === f f p p p p z z Da tabela 1, tem-se por exemplo: 127 )21.(19 =pi Deste modo: 12.7.127 21.19.4,25 )12.(7 )127/21.19/(4,25 == f p z z 7 21 12 19 5 1 )12.(7 )21.(19 )4,25/(127 )4,25/(4,25 xxx z z f p == 12 3 5 19 1 3 12 19 5 1 )7/(7 )7/(21 12 19 5 1 xxxxx z z f p === )5.(20 )5.(10 20 19 4 1 5 13 )3/(12 )3/(3 5 10 ==== xx z z f p 100 95 = f p z z f.2) Passo do fuso em polegadas D.P. = 2 Pf = ½ pol. Neste caso tem-se: Pp = 2.. pipi = PD pi pi === 2/1 2/ f p f p p p z z Da tabela 1: 50 157 =pi Então: 50 157 = f p z z 26 Observações A) O diametral pitch é definido como sendo a relação entre o número e dentes z de uma engrenagem e o seu diâmetro primitivo Dp : D.P. = 4,25/))((.)( mmD z polD z Pp = D.P. = zm z D z p . .4,25.4,25 = D.P. = m 4,25 onde m é o módulo dos dentes da engrenagem, em milímetros. Da última relação pode-se também escrever: m = .. 4,25 PD Nestas condições, o passo de uma rosca com diametral pitoh pode ser calculado por: p = m . pi p(mm) = .. .4,25 PD pi p(pol.) = 4,25.. .4,25 xPD pi p(pol.) = ..PD pi B) O roscamento num torno comum, pode também ser executado através da utilização de machos de roscar (roscas interiores) ou cossinetes (roscas exteriores). 27 TABELA 1 VALORES APROXIMADOS Valor Aproximado Erro no passo em 1000 mm de comprimento a 20C. 1) Para 1” = 25,4 mm a) 1” = 25,4 = 5 127 0,00 b) 1” = 25,399543 = 673 12589 x x -0,018 c) 1” = 25,396825 = 907 4040 x x -0,125 d) 1” = 25,411765 = 17 2418x +0,463 e) 1” = 25,334615 = 13 3011x -0,606 2) Para pi = 3,141592 a) 3,141592 = 113 715x 0,000 b) 3,141667 = 304 2013 x x +0,024 c) 3,141732 = 127 2119x +0,044 d) 3,141818 = 1125 2732 x x +0,072 e) 3,142857 = 7 22 +0,402 f) 3,140000 = 50 157 -0,865 28 3 FRESADORAS As fresadoras são máquinas-ferramentas destinadas a usinagem de superfícies quaisquer através do uso de uma ferramenta rotativa policortante atuando sobre um peça fixada sobre a mesa de trabalho, que pode se movimentar segundo os 3 eixos ortogonais. O fresamento pode ser frontal ou tangencial, horizontal ou vertical. Figura 12 - Algumas operações de fresamento 29 Figura 13 - Fresamento vertical 3.1 CABEÇOTES DIVISORES – PROCESSOS DE DIVISÃO Figura 14 - Cabeçote Divisor Universal O Cabeçote Divisor Universal é um dispositivo, geralmente disponível em fresadoras, que permite a fixação e posicionamento de uma peça segundo a valores angulares pré-estabelecidos. Assim pode-se dentar engrenagens pelo processo de formação ou usinar superfícies com um posicionamento angular definido. 30 3.1.1 DIVISÃO DIRETA Aplicável somente ao caso da confecção de entalhes do tipo reto. O manípulo do divisor fica acoplado diretamente a peça; nestas condições, qualquer que seja o número de divisões que se deseja obter, o número de voltas do manípulo será menor do que um. O número de furos do disco deve ser múltiplo do número de divisões que se quer obter. O deslocamento do manípulo será calculado por: DESL. MANÍP. = efetuaradedivisõesnúmero discodofurosdenúmero ___ ____ (1) Exemplo 1 Dispõe-se de um disco com carreiras de 60, 80, 90 e 100 furos. Calcular o deslocamento do manípulo divisor para realizar-se divisões. Solução Como qualquer das circunferências do prato tem número de furos múltiplo do número de divisões que se quer realizar (5), pode-se tomar qualquer uma das circunferências, indistintamente. Considerando-se, por exemplo, a carreira de 80 furos, tem-se pela expressão: Desl. Maníp. = 5 80 = 16 furos O deslocamento do manípulo será, pois, de 16 furos contados sobre a circunferência de 80 furos. A abertura do garfoindicador ajustável, naturalmente, abrangerá 17 furos. 3.1.2 DIVISÃO INDIRETA SIMPLES Aplicável tanto para o caso de confecção e entalhes do tipo reto ou helicoidal. A peça, para ser realizada a divisão, é acionada através e um sistema “sem-fim – coro helicoidal”. Chamemos: nm = número de voltas do manípulo para realizar uma divisão np = número de voltas da peça (fração de volta) para realizar uma divisão zc = número de dentes da coroa helicoidal do cabeçote divisor zsf = número de filetes (entradas) do sem-fim do cabeçote divisor (zsf = 1) i = número de divisões que se deseja realizar 31 RT = relação de transmissão Nestas condições, pode-se escrever: RT = cc sf c p m z i z z z n n === c p m z n n = (2) Por outro lado, a fração de volta np da peça corresponde a uma divisão, vale: i np 1 = Levando este valor a expressão (2), resulta: c m z i n = /1 E, finalmente: i z n cm = (3) Exemplo 2 Calcular os dados necessários para realizar-se cinco divisões através do processo de divisão indireta simples.Sabe-se que o número de dentes zc da coroa helicoidal do divisor é igual a 40. Solução Pela expressão (3), tem-se: voltas i z n cm _85 40 === Exemplo 3 Deve-se realizar 13 divisões equiangulares numa peça através do processo de divisão indireta simples. Sabe-se que o número de dentes zc da coroa helicoidal do divisor é 40. Dispõe-se de discos para o cabeçote divisor com carreiras possuindo os seguintes números de furos: 17, 19, 21, 23, 25, 26, 27, 33, 34, 38, 41, 43, 47, 49. Solução De acordo com a expressão (3), vem: 32 13 13 13 40 === i z n cm O denominador da parte fracionária deve ser feito igual ao número de furos de uma das circunferências do prato divisor. Assim: nm = 26 22 2 2 13 13 =x Então, para obter-se 13 divisões equiangulares através do processo de divisão indireta simples, é necessário dar ao manípulo divisor 3 voltas completas e mais um deslocamento de dois furos contados sobre a circunferência de 26 furos. Exemplo 4 O ângulo central, correspondente a dois entalhes situados na periferia de uma peça cilíndrica, é de 31 graus. Quer-se saber qual o deslocamento que deve ser dado ao manípulo de um cabeçote divisor universal, para realizar-se os referidos entalhes através do processo de divisão indireta simples. Sabe-se que a coroa helicoidal do divisor possui 40 dentes e tem-se a disposição pratos com circunferências possuindo os seguintes números de furos: 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 23 27, 29, 31, 33, 36, 37, 39, 41, 43, 47, 49. Solução Como o sem fim do cabeçote divisor tem uma “entrada”, pode-se escrever: zc voltas do manípulo = 360o nn voltas do manípulo = Ao Então: nm = ο360 cz x οA Levando em consideração os dados do problema: nm = ο360 40 x 31o = 9 31 nm = 3 3 9 43 9 43 x= nm = 27 123 Assim, o deslocamento do manípulo será de 3 voltas completas e mais 12 furos contados sobre a circunferência de prato divisor de 27 furos. 33 3.1.3 DIVISÃO INDIRETA COMPOSTA Certos números de divisões embora correspondentes a números não primos não podem ser realizados através do processo de divisão indireta simples por não se dispor de pratos com o número de furos necessários. Assim, se o maior número de furos disponíveis num prato divisor é 49, não é possível realizar-se, pelo processo de divisão indireta simples, 51 divisões equiangulares, pois a fração: Nm = 51 40 = i zc não é passível de simplificação, embora 51 não seja um número primo. Através do processo de divisão indireta composta é possível realizar um número de divisões tal como exemplificado. Este processo de divisão permite a execução de entalhes do tipo reto ou helicoidal O cabeçote divisor deve ser do tipo especial e composto de dois pratos divisores e de dois manípulos (tais cabeçotes são denominados, por alguns fabricantes, de “cabeçotes divisores de longo alcance”). Se a divisão fosse realizada pelo processo de divisão indireta simples , teríamos, de acordo doma expressão (3): nm = i zc A divisão sendo realizada pelo processo de divisão indireta composta, a fração zc/i deve ser decomposta numa soma algébrica de duas frações, cada uma das quais possível de ser realizada pelo processo de divisão indireta simples: y N x M i zc += (4) Em que x e y devem ser submúltiplos, respectivamente, do n’mero de furos de carreiras de um e outro prato divisor; M e N, por sua vez , devem ser números inteiros. Operando sobre a expressão (4), resulta: yx xNyM i zc . .. + = (5) isto é: M.y + N.x = Zc (6) x.y = i (7) 34 Assim, para determinar-se os dados necessários para realizar a divisão indireta composta, procede-se da seguinte maneira: A) Decompõe-se o número de divisões i num produto de dois fatores, de modo que cada fator seja múltiplo, respectivamente, do número de furos disponíveis numa das carreiras de um e outro prato divisor. B) Escrevendo-se a expressão (6) sob a forma: M = y xNzc .− (8) arbitra-se sucessivamente números inteiros para N, a partir de 1 (um), e calcula-se pela expressão (8) o correspondente valor de N até que este último resulte sendo também um número inteiro. C) Chamando-se de nm1 o número de voltas correspondente ao primeiro manípulo e de nm2 o número de voltas correspondentes ao segundo manípulo tem- se: nm1 = x M (9) nm2 = y N (10) procedendo-se para cada uma das expressões acima como se se tratasse do caso de divisão indireta simples. D) Se nm1 e nm2 possuírem o mesmo sinal algébrico, o sentido do giro dos dois manípulos será o mesmo. Se os sinas algébricos forem opostos, também os sentidos de giro dos manípulos serão opostos. Observações 1. Nem todos os casos, ainda que correspondentes a um número não primo de divisões, poderão ser realizados pelo processo de divisão indireta composta. 2. Às vezes para um dado par de fatores x.y não é possível determinar-se dois números inteiros M e N que satisfaçam a expressão (8). A simples troca e valores dos fatores x.y (quando viável) pode tornar possível a solução do problema. 3. O processo de divisão indireta composta pode ser precariamente, às vezes, realizado num cabeçote divisor universal comum. Deste modo não é possível realizar entalhes do tipo helicoidal. Exemplo 5 35 Através do processo de divisão indireta composta determinar os dados necessários para realizar 51 divisões equiangulares. Sabe-se que a coroa helicoidal do cabeçote divisor possui 40 dentes e que os seus pratos possuem carreiras com os seguintes números de furos: Primeiro prato: 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 23, 27, 29, 31, 33, 36, 37, 39, 41,43, 47, 49. Segundo prato: 70, 90, 100. Solução Pela expressão (7): x.y = i Façamos: x = 17 y = 3 em que, para x = 17 existe uma carreira de 17 furos no primeiro prato divisor e, para y = 3 existe uma carreira de 90 furos no sugundo prato divisorque e múltiplo de 3. Consideremos então a expressão (8): M = y xNzc .− M = 3 17.40 N− (11) Arbitremos a expressão (11), valores inteiros para N e calculemos N até que se tenha um valor inteiro para M. Assim: N = 1 M = 23/3 N = 2 M = 2 Então, de acordo com as expressões (9) e (10): nm1 = 17 2 = x M nm2 = 90 60 30 30 3 2 3 2 === x y N Tem-se, pois, que ao manípulo do primeiro prato deve-se dar um deslocamento de 2 furos contados sobre a carreira de 17 furos e, ao manípulo do 36 segundo prato, um deslocamento de 60 furos contados sobre a carreira de 90 furos. Como nm1 e nm2 têm mesmo sinal algébrico, os dois manípulos devem se deslocar no mesmo sentido. 3.1.4 DIVISÃO DIFERENCIAL O processo é utilizado para realizar aqueles números de divisões que não podem ser realizados através de outros processos já descritos. A desvantagem do processo é não permitir realizar entalhes do tipo helicoidal; neste caso, primeiro deve-se construir, num prato divisor, uma circunferência com um número de furos conveniente para, então, parti-se para a execução dos entalhes helicoidais, através do processo de divisão indireta simples. No processo de divisão diferencial, a peça e o prato divisor são vinculados através de uma cadeia cinemática adequada. Consideremos o esquema onde zp e zd representam engrenagens intercambiáveis. Sabemos que girando o manípulo M, a peça gira. Girando a peça, giram as engrenagens zp, zd, S, T e, portanto, gira o próprio prato divisor. O sentido de giro do prato, para um dado sentido de giro do manípulo M, depende do número de engrenagens intermediárias colocadas entre zp e zd. o número de voltas que dá o prato divisor, com relação a um número fixo de voltas do manípulo M, depende do número de dentes das engrenagens zp e zd. Se zp = zd e zc = 40, para 40 voltas do manípulo M, a peça gira de uma volta e, portanto, o prato divisor gira também de uma volta (dado que S e T possuem sempre o mesmo número de dentes). Se quisermos que o disco divisor gire de 50/30 voltas enquanto a peça gira de uma volta tem-se, chamando np ao número de voltas da peça e nd ao número de voltas do disco: 30 50 1 30/50 === p d d p n n z z Isto é, zp = 50 e zd = 30 dentes. Para realizar a divisão diferencial, o deslocamento dado ao manípulo do cabeçote divisor corresponde ao caso de realização de um número fictício de divisões possível de ser obtido através do processo de divisão indireta simples. Como durante o deslocamento do manípulo o prato divisor gira, como resultado final 37 obtém-se um número de divisões diferente daquele correspondente ao deslocamento do manípulo. Vejamos, inicialmente, um exemplo numérico. Seja 83 o número de divisões que se queira obter. Escolhe-se um número de divisões próximo de 83 possível de ser realizado pelo processo de divisão indireta simples. Seja 80 o número escolhido. Suponhamos ser de 40 o número de dentes da coroa helicoidal do cabeçote divisor. Consideremos: A) Divisor montado para realizar 80 divisões O deslocamento do manípulo, para cada divisão realizada, será de: nm = voltasi zc 2 1 80 40 == Se imprimíssemos ao manípulo um deslocamento correspondente a 83 divisões, o deslocamento total do mesmo seria de: nm total = 2 1 x 83 voltas isto é, a peça teria dado mais do que uma volta. B) Divisor montado para realizar 83 divisões (se fosse possível) O total deslocamento do manípulo será, naturalmente, de: nm` total = 40 voltas Assim, a diferença de deslocamento do manípulo para as situações A e B corresponde a: Diferença = nm total – nm`total Diferença = voltas 2 340 2 83 =− Então, para que se obtenha 83 divisões com o cabeçote divisor montado para obter 80 divisões, é necessário que o prato divisor dê 3/2 de voltas em sentido contrário (no caso) ao movimento do manípulo, para uma rotação de 1 volta da peça. Denominemos: i = número de divisões que se deseja obter I = número de divisões próximo de i realizável pelo processo de divisão indireta simples. Consideremos novamente: A) Divisor montado para realizar I divisões 38 O deslocamento do manípulo por cada divisão realizada seria de: nm = i zc Se o manípulo fosse colocado como para o caso de realizar-se um total de i divisões, este deslocamento seria de: nm total = ii zc . B) Divisor montado para realizar i divisões (se fosse possível) O deslocamento do manípulo para realizar uma das i divisões seria de: nm` = i zc O deslocamento do manípulo para realizar o total i de divisões seria de: nm` total = zc A diferença do deslocamento do manípulo para as situações A e B corresponde a: nm total – nm` total = i zc . i - zc nm total – nm` total = I Iizc )( − Então, o disco divisor deve dar zc (i – I)/I voltas por cada volta da peça. Deste modo: peçadavoltasden discodovoltasden z z d p ____ ____ ο ο = volta IIiz z z c d p _1 /).( − = I z z z c d p = . (i – I) (12) Se I < i: sentido de giro do disco divisor contrário ao sentido de giro do manípulo. Se I > i: sentido de giro do disco divisor idêntico ao sentido de giro do manípulo. Observações: o sinal algébrico resultante para o valor da expressão (12) carece de significado. 39 Exemplo 6 Deseja-se obter 67 divisões equiangulares numa peça através de um cabeçote divisor que possui uma coroa helicoidal com 40 dentes. Dispõe-se de pratos divisores com circunferências contendo os seguintes números de furos. 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 23, 27, 29, 31, 33, 36, 37, 39, 41, 43, 47, 49. O jogo de engrenagens intercambiáveis possui os seguintes números de dentes: 24, 28, 32, 36, 40, 44, 48, 52, 64, 72, 80, 96, 100. Determinar os dados necessários para realizar a divisão Solução Pela expressão (12), tem-se: I z z z c d p = . (i – I) i = 67 I = 70 (arbitrado) Então: 70 40 = d p z z . (67 – 70) 28 48 4 4 7 12 7 12 70 120 ==== x z z d p Assim: zp = 48 zd = 28 Como I > i, os deslocamentos do prato divisor e manípulo são de mesmo sentido. O cabeçote divisor é montado para realizar 70 divisões, ou seja: nm = 21 12 3 3 7 4 7 4 70 40 ==== x I zc O deslocamento do manípulo é, pois, de 12 furos contados sobe a circunferência de 21 furos. 40 4 PLAINAS As plainas são máquinas-ferramentas destinadas a usinagem de superfícies regradas, que removem cavaco através de ferramenta monocortante, que se desloca linearmente de modo alternativo sobre a superfície da peça. São classificadas em: a) Plainas limadoras: tem curso menor que 1 m, sendo que o movimento de corte é determinado pela ferramenta e movimento de avanço é realizado pela peça, através da movimentação da mesa. Podem ser mecânicas ou hidráulicas; b) Plainas de mesa: tem curso superior a 1 m e movimento de corte determinado pela peça, através da movimentação alternativa da mesa. O movimento de avanço é dado pela ferramenta. Podem ser de 1 ou 2 montantes. c) Plainas verticais: são utilizadas predominantemente para usinagem no interior de furos e tem pequeno curso restrito em função da dimensão do excêntrico. Figura 15 - Perfis produzidos na limadora 41 4.1 MECANISMO DE TRANSMISSÃO DAS PLAINAS LIMADORAS - GLIFO OSCILANTE Sistema de comando a glifo oscilante. A engrenagem A (fig. 16) recebe o comando da caixa de mudança de velocidade e o transmite para o disco B com a coroa dentada que entra em rotação. O citado disco possui o botão de manivelaC que pode correr no canal (ou glifo) da alavanca oscilante D com fulcro em E. Esta alavanca conectada por cima ao trenó F adquire um movimento pendular enquanto o botão de manivela C descreve uma trajetória circular em volta de O. A amplitude da oscilação é ajustada variando o raio de rotação do botão C em volta de O. A posição do trenó pode ser mudada mediante a regulagem longitudinal do suporte G, debaixo do qual faz fulcro a barreta de conexão H, vinculada a alavanca oscilante D. Figura 16 - Plaina limadora 42 Figura 17 - Esquema ilustrativo sobre as velocidades de ida e volta Figura 18 - Plaina vertical 43 Figura 19 - Plaina de mesa 5 MANDRILADORAS Mandriladoras são máquinas-ferramentas destinadas a alargar câmaras cilíndricas, cônicas, esféricas ou furos, para deixar na medida desejada. A ferramenta é colocada em uma barra giratória enquanto a peça é fixada na mesa, sobre o barramento da máquina. Figura 20 - Foto de Mandriladora Horizontal 44 Figura 21 - Mandriladora Horizontal 45 Figura 22 - Vista de operação de mandrilamento Figura 23 - Mandrilamento 46 Figura 24 - Tipos de mandrilamento 47 6 FURADEIRAS Furadeiras são máquinas-ferramentas destinadas a produção de furos com uso de uma ferramenta chamada broca. Podem ser classificadas em: a) Furadeira portátil; b) Furadeira manual; c) Furadeira sensitiva ou de bancada; d) Furadeira de coluna e) Furadeira radial; f) Furadeira de um cabeçote com múltiplas ferramentas; g) Furadeira de múltiplos cabeçotes. Figura 25 - Furadeira de coluna 48 Figura 26 - Furadeira radial Figura 27 - Furadeira de 1 cabeçote de múltiplas ferramentas 49 7 DENTADORAS As dentadoras são máquinas-ferramentas destinadas ao talhado de engrenagens através do processo de geração de perfil do flanco de seus dentes. Normalmente adota-se o perfil envolvente para os dentes das engrenagens; tal perfil, como se sabe, é gerado por um ponto de uma reta que rola, sem deslizamento sobre uma circunferência de base (fig. 1). Para uma melhor compreensão do processo de geração do perfil envolvente utilizado pelas dentadoras, consideremos o esquema da fig. 2. Seja um sistema mecânico constituído de dois discos D1 e D2, interligamos por uma cinta metálica flexível que é mantida tensa. Deste modo, ao movimento de rotação de um dos discos, corresponde um movimento de rotação de sentido contrário do outro. Suponhamos, inicialmente, que se tenha uma placa P1 solidária ao disco D1. Um estilete “A” situado sobre a cinta metálica, traçará o perfil envolvente E1 sobre o plano P1, quando o sistema estiver animado de movimento de rotação. A seguir suponhamos que uma placa P2 esteja solidária ao disco D2. O estilete A trancará, agora o perfil envolvente E2 sobre o plano P2. Cortemos as placas P1 e P2 respectivamente segundo as linhas E1 e E2; assim obtidos, os perfis conjugados E1 e E2, quando em contato recíproco, tem a possibilidade de transmitir aos discos D1 e D2 movimento de rotação uniforme. O ponto de contato A se desloca de um extremo ao outro dos perfis, com a rotação do sistema; os perfis E1 e E2, durante a transmissão do movimento, não sofrem deslizamentos relativos: há apenas rolamento puro. Assim, se D1 representar a circunferência da base de engrenagem a ser construída e D2 a circunferência da base da engrenagem de que é constituída a ferramenta de corte, o perfil E2 de um dos dentes da ferramenta de corte, o perfil E2 de um dos dentes da ferramenta pode gerar “ponto por ponto” o perfil E1 de um dos dentes da engrenagem em construção, desde que haja uma relação de transmissão do binômio “ferramenta-engrenagem em construção” (desconsiderando-se os movimentos de corte e de avanço necessários ao trabalho dos dentes) adequada. 50 Figura 28 - Dentadora por fresa matriz Figura 29 - Dentadora por aplainamento 51 7.1 DENTADORAS POR FRESA-MATRIZ 7.1.1 EMPREGO a) Talhado de engrenagens cilíndricas de dentado exterior reto. b) Talhado de engrenagens cilíndricas de dentado exterior helicoidal. c) Talhado de coroas helicoidais para parafusos sem-fim. d) Talhado de parafusos sem-fim para coroas helicoidais. 7.1.2 ALGUNS FABRICANTES Precímo, Rhenanía, Barber-Colmam, Lees-Bradner, Rotary Gar Hobbing, Pfauter, etc. 7.1.3 A FERRAMENTA Tem a forma de um parafuso sem-fim o qual constitui com engrenagem em construção um par harmônico. Para que o parafuso sem-fim se transforme na fresa- matriz é necessário praticar uma série de rasgos complementares de direção em geral perpendicular a hélice média dos filetes, e três detalonamentos: um dorsal ou periférico, dois laterais, segundo ângulos convenientes. As ranhuras helicoidais complementares dividem os filetes do parafuso sem-fim num grande número de porções iguais entre si, constituindo-se cada uma delas uma, num dos dentes da fresa-matriz. O número elevado de dentes da fresa não deve ser confundido com o pequeno número de entradas ou filetes do parafuso. A secção da fresa, ao longo das ranhuras complementares é representada por um pente linear ou cremalheira cujo passo normal é igual aquele do dentado da engrenagem ser construída. Em cada um dos dentes a fresa se destacam. a) um ângulo de corte B; b) uma face de ataque (ou saída) “a” plana e radial (ângulo de saída nulo). c) uma face de incidência (ou de folga) “i” convexa. Do que se disse, conclui-se que a fresa-matriz é uma ferramenta de perfil constante, de múltiplas arestas de corte e mesmo número de filetes que um parafuso sem-fim que forme com a engrenagem em construção um par harmônico. 52 7.1.4 FUNDAMENTOS DO PROCESSO 7.1.4.1 CONSTRUÇÃO DE ENGRENAGENS CILÍNDRICAS Como o perfil dos flancos dos dentes das engrenagens são gerados “ponto por ponto”, o binômio peça-ferramenta deve assumir o movimento necessário a geração, o que está condicionado as rotações de engrenamento mútuo do referido binômio. Por outro lado as mencionadas rotações de engrenamento determinam o número de dentes obtidos para a engrenagem em construção. A fim de que a fresa atue ao longo de todo o comprimento do dentado é necessário ainda um movimento de avanço este movimento é assumido pela ferramenta e tem direção paralela ao eixo da engrenagem que está sendo confeccionada. Durante o processo, os dentes da peça são talhados consecutivamente e progressivamente a medida que a ferramenta arranca o cavaco estando peça e ferramenta animadas de movimento de rotação como se ambas se conduzissem reciprocamente. A profundidade total de corte corresponde a altura dos dentes da engrenagem em construção; tal profundidade dependendo de cada caso, poderá ser retirada em uma ou mais etapas. O diâmetro da fresa-matriz não tem influência sobre o dentado obtido. Uma fresa-matriz de um dado módulo pode talhar o conjunto de engrenagens de módulo correspondente, com qualquer número de dentes. a) Caso de dentado reto A inclinação do eixo geométrico da fresa deve ser tal que a direção da hélice média de seus filetes, na região de contato com a peça, concluída com a direção dos dentes a se talhado. Chamado de B ao ângulo da hélice média dos filetes da fresa-matriz, com relação a sua base, o ângulo da inclinação C do eixo geométrico da mesma, com relação a horizontal, será, de acordo com o esquema da fig. 5: C = B 53 Figura 30 - Ferramenta e peça com hélices de sentidos diferentes Figura 31 - Ferramenta e peça com hélices de mesmo sentido b) Caso de dentado helicoidal Também nesse caso, a direção da hélice média dos filetes da fresa, na região de contato com a peça, deve coincidircom a direção dos dentes a serem talhados. Chamando de B ao ângulo da hélice média dos filetes da fresa, com relação a sua base, de A ao ângulo da hélice média dos dentes da engrenagem em construção, com relação ao seu eixo, o ângulo de inclinação C do eixo geométrico da fresa com relação a horizontal, terá seu valor dependendo dos sentidos de desenvolvimento das hélices dos filetes da fresa-matriz e dos dentes da engrenagem em construção. Considerando os esquemas da fig. 6. pode-se construir o seguinte quadro: 54 Engrenagem em construção Fresa-Matriz Hélice direita Hélice esquerda Hélice direita C = A - B C = A + B Hélice esquerda C = A + B C = A - B No caso presente, além da inclinação do eixo geométrico da ferramenta (e das rotações normais de engrenamento), é necessário fornecer à peça rotações complementares aditivas ou subtrativas (dependendo do sentido da hélice do dentado em construção), para compensar o avanço vertical da ferramenta, pois esta última, limitada a um movimento de translação, não pode seguir a direção inclinada dos dentes que estão sendo talhados. Assim, para uma dada translação vertical AB da ferramenta, deve haver um giro complementar da peça correspondente ao arco BC (fig. 7). Figura 32 - Movimento helicoidal 7.1.4.2 CONSTRUÇÃO DE COROAS HELICOIDAIS PARA PARAFUSO SEM-FIM Neste caso, as características geométricas da fresa-matriz devem ser idênticas as correspondentes ao parafuso sem-fim que deve engrenar com a coroa em construção. 55 Durante o processo, as posições relativas dos eixos geométricos da peça e da ferramenta em geral permanecem invariáveis. Com peça e ferramenta animadas de rotações de engrenamento, faz-se ferramenta avançar tangencialmente à superfície do dentado da coroa (fig. 8). Os sentidos de rotação da fresa e da coroa dependem dos sentidos de desenvolvimento das hélices de seus dentados e do sentido do movimento de corte da fresa (característica construtiva). A fresa-matriz no caso tem a parte inicial cônica semelhante a um macho de roscar. Para compensar a translação axial da ferramenta, além da rotação de engrenamento, a peça deve possuir rotações complementares (aditivas ou subtrativas, dependendo do sentido de rotação da peça). Assim, a ferramenta e a peça giram ao mesmo tempo como se se conduzissem recíprocamente: A fresa arranca o cavaco e talha consecutivamente e progressivamente os dentes da coroa em construção, a medida que avança axialmente. 7.1.5 ERROS GEOMÉTRICOS NO PERFIL DOS DENTES Existem dois tipos de erros (fig. 9): a) ao longo do perfil envolvente; b) ao logo do comprimento dos dentes. Os dentes ao longo do perfil envolvente dos dentes da engrenagem em construção são devidos às características construtivas da fresa-matriz: necessidade de fracionar os filetes da mesma através das ranhuras complementares para ter-se os diversos dentes de corte. Sob este aspecto, quanto mais perto entre si estiverem situados dois dentes de corte consecutivos da fresa, menor o efeito de tais irregularidades (este distanciamento, naturalmente é limitado função do valor adequado da rigidez dos dentes da fresa e do espaço entra dentes necessário ao acúmulo do cavaco retirado). Os erros ao longo do comprimento dos dentes talhados são devidos ao efeito do avanço. 56 8 BROCHADEIRA Brochamento é um processo de usinagem em que o movimento de corte é basicamente linear, como no aplainamento, caracterizando-se, porém, pelo emprego de uma ferramenta de múltiplos dentes, de alturas crescentes, dispostos em série. A ferramenta, denominada brocha, é relativamente comprida, podendo ser forçada por tração ou compressão através de um furo (brochamento interno) ou arrastada sobre a superfície de uma peça (brochamento externo ou de superfície). Figura 33 - Brochamento Figura 34 - Brocha 57 As operações de desbaste, semi-acabamento, acabamento, e até alisamento, são feitas num único passe da ferramenta. Ressaltos abaulados, não cortantes, no extremo final da brocha podem aumentar o grau de alisamento das superfícies, dispensando retificação posterior. Figura 35 - Etapas de brochamento A brochadeira distingue-se das demais máquinas-ferramentas pelo fato de prover apenas força e a velocidade de corte, uma vez que o avanço decorre da própria construção da brocha, exceto em brochamento helicoidal. 58 Figura 36 - Brochadeira hidráulica Vantagens do brochamento: - Alta produtividade; - Manutenção de tolerâncias estreitas de usinagem e bom acabamento superficial; - Capacidade de produzir as mais variadas formas externas e internas; - Vida longa da ferramenta; - Produção econômica. Limitações: - Não pode haver obstrução ao movimento da ferramenta, com ressaltos; - Movimento relativo entre peça e ferramenta é usualmente linear ou de rotação uniforme; - Para apoio na máquina deve haver uma superfície de encosto plana; - Não é possível brochar furos cônicos; 59 - Volume de sobremetal removido é limitado; - Custo da ferramenta é relativamente alto. Classificação: Quanto ao tipo de superfície a usinar: - Interna; - Externa. Quanto ao modo de aplicação do corte; - Compressão; - Tração; - Giratória. Figura 37 - Brochas de tração e compressão Figura 38 - Brocha para superfície externa 60 9 RETIFICAÇÃO Na indústria moderna, praticamente todas as produções em larga escala exigem, no decorrer da fabricação, operações de retificação na qual a mão-de-obra perfeita e a técnica apurada se reúnem em um processo científico. Essa operação é de importância vital na formação de superfícies com precisão e acabamentos exigidos pela natureza da peça, ou ainda na afiação e conservação de ferramentas de corte. Outra finalidade é corrigir as irregularidades de caráter geométrico que fatalmente produzem-se durante as operações anteriores; operações que podem ser de tratamento térmico ou de máquina-ferramenta. Podemos conceituar retificação como o processo pelo qual se remove material estabelecendo-se contato entre a peça e um rebolo abrasivo girando à alta velocidade. A retificação não remove material por desgaste, pelo contrário, as arestas dos cristais abrasivos cortam inúmeros cavacos minúsculos, do mesmo modo que as ferramentas operam em outros tipos de máquinas. Em virtude do pequeno tamanho dos cavacos, a retificação trabalha com menor pressão da ferramenta sobre a peça, em comparação com outros métodos de usinagem. 9.1 TIPOS DE RETIFICAÇÃO: Podemos classificar o processo de retificação em alguns tipos: 9.1.1 RETIFICAÇÃO CILÍNDRICA: É a retificação de superfícies cilíndricas, onde a peça e o rebolo giram e o rebolo faz um movimento no sentido longitudinal da peça e também realiza o avanço em relação à peça. A retificação cilíndrica pode ser interna ou externa. 9.1.1.1 EXTERNA A retificação cilíndrica de diâmetros externos se faz por dois métodos: - Entre centros: Quando a peça é mantida na máquina entre dois centros. Como no trabalho em tornos, devemos ter o cuidados no 61 trabalho com peças longas, utilizando lunetas para apoiá-las e com isso evitar vibrações. 9.1.1.1.1 SEM CENTROS (CENTERLESS) Na retificação sem centros ou centerless a peça é apoiada sobre uma lâmina de descanso e fica entre um rebolo de corte e outro rebolo de arraste. O rebolo de corte força a peça para baixo, contra a lâmina e contra o rebolo de arraste, já o rebolo de arraste normalmente é um rebolo com ligação de borracha. Baseia-se na aplicação de grandes pressões de trabalho e, como conseqüência, os rebolos são submetidos a grandes esforços, tanto tangenciais como radiais. A altura dos centros, a velocidade do rebolo de corte e a taxa de curso transversal são os parâmetrosque determinam a velocidade em que a usinagem será realizada. Quanto maior a velocidade do rebolo, mais rápida será a usinagem da peça e quanto mais alto o centro da peça em relação à linha que une os centros dos rebolos, mais rápida será a operação, pois possibilita a utilização de rebolos maiores, diminuindo assim a pressão superficial na peça. A taxa de curso transversal é determinada pela inclinação entre os eixos dos rebolos, baixas taxas proporcionam maiores velocidades na usinagem. Os métodos utilizados na retificação centerless são: - Engrenagem espontânea contínua: aplicada em superfícies cilíndricas retas, neste método a peça recebe um movimento axial pelo rebolo de arraste e passa entre os rebolos de um lado para o outro. - Centragem espontânea individual: utilizado nos casos onde as peças possuem partes com diâmetros maiores do diâmetro a ser retificado. Neste caso o rebolo de arraste é ajustado com seu eixo quase paralelo ao rebolo de retificação com uma pequena inclinação, para garantir a peça apertada contra os limitadores. A largura do rebolo é um limitador para as áreas a serem retificadas. - Retificação contra limitador: aplicada somente em peças cônicas, os rebolos e a lâmina de descanso são ajustados de modo a determinar a conicidade final desejada, a peça avança manualmente ou mecanicamente até um limitador final fixo. 62 - Retificação centerless automática: esta é uma forma de automatização de peças pequenas, que possibilitem a utilização dos dispositivos de alimentação automática da peça e do magazine de ferramentas que compões a máquina. - Retificação interna centerless: o diâmetro externo do rebolo de corte é utilizado como guia para retificar. Figura 39 - Retificação sem centros (Centerless). (A – Régua Guia, B – Rebolo de Corte, C – Peça em usinagem, D – Rebolo de Corte). Comparando com uma retificação cilíndrica entre centros e uma sem centros, podemos dizer que em geral mais tempo é necessário para preparar uma retífica sem centros, porém a diferença é atenuada quando se tratar de uma produção vultuosa de peças simples. Mas a retífica do tipo sem centro é mais rápida que a retífica cilíndrica entre centros, pelas seguintes razões: - É quase contínua, com um mínimo de tempo máquina perdido para a carga e descarga; - Não existe força axial, como acontece na retífica entre centros. Peças finas e longas geralmente não sofrem distorções; - Rebolos retificadores largos podem ser usados e o desgaste do rebolo é pequeno; 63 - Ajustes de tamanho são feitos diretamente no diâmetro da peça o que contribui para obter resultados precisos; - Uma mão-de-obra não especializada é suficiente para atender a retífica sem centro durante a maioria do tempo. Figura 40 - Retificação externa de um elemento cilíndrico. 9.1.1.2 INTERNA A retificação de superfícies cilíndricas internas realiza-se com as retificadoras para internos ou com as universais através de dispositivo próprio. Em virtude do pequeno diâmetro dos rebolos para retificação interna, torna-se necessário utilizar altas rotações para se obter a velocidade tangencial desejada. O rebolo e a peça devem girar em direções opostas na região de contato. O comprimento considerável do mandril que suporta o rebolo reduz a rigidez do mesmo, e obriga o emprego de menor pressão possível sobre a peça, para evitar flexão elástica do mandril. A pressão reduzida entre o rebolo e a peça exige o uso de rebolos macios para quase todas as retificações internas, exceto para trabalho de acabamento ou retificações de cantos. 64 Figura 41 - Retificação de uma superfície cilíndrica interna. 9.1.2 RETIFICAÇÃO PLANA: Esta operação pode ser feita em máquinas de eixo horizontal, isto é, onde o eixo do rebolo fica paralelo à mesa de trabalho, ou em máquinas de eixo vertical, nas quais, o eixo do rebolo é perpendicular à mesa. A velocidade com que a mesa, ou o rebolo, avançam durante a retificação plana, causa um movimento relativo entre o rebolo e a peça cujo efeito é, de algum modo, semelhante ao do movimento causado pela rotação da peça durante a retificação cilíndrica. A velocidade da peça e o avanço não devem ser tão grandes de modo a aquecer a peça na superfície a retificar, dilatando-a em relação à superfície não retificada que permanece mais fria. Isto ocasionaria deformação durante o trabalho. 65 Figura 42 - Retificadora Plana. 9.1.3 RETIFICAÇÃO CÔNICA: Na retificação cônica, tanto interna como externa, deve-se levar em consideração os aspectos citados quanto aos tipos anteriores. Como no caso de torneamento cônico, podemos ter situações de pequena conicidade onde basta um deslocamento de um dos pontos de fixação entre centros, e situações de maior conicidade onde devemos realizar um deslocamento angular do cabeçote porta-peça de um valor igual ao ângulo da geratriz do cone. 66 Figura 43 - Retificação externa de um elemento levemente cônico (Inclina-se a mesa da retificadora segundo o ângulo requerido). Figura 44 - Retificação externa de um elemento bastante cônico. 67 Figura 45 - Retificação cônica interna de um elemento pouco cônico. Figura 46 - Retificação interna cônica de uma superfície bastante cônica. 9.1.4 RETIFICAÇÃO DE PERFIS (ESPECIAL): É o caso de outras geometrias não contempladas nos outros tipos sendo sua retificação realizada em máquinas especiais com dispositivos copiadores, ou com comando numérico, ou então, para pequenas dimensões, rebolos perfilados. Em muitas situações, as máquinas devem oferecer condições de movimentação da peça ou ferramenta, como no caso de retificação de roscas, engrenagens, cames, etc. 68 10 COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO Logo após o término da II Guerra Mundial iniciou-se um período de grande desenvolvimento na indústria aeronáutica em busca de aviões mais sofisticados e conseqüentemente de fabricação mais complexa, exigindo das máquinas recursos que até então, ou não eram disponíveis, ou eram extremamente demorados, trabalhosos e antieconômicos. Buscando uma solução para este problema, num esforço conjunto da força aérea dos Estados Unidos, da empresa Parson e o do Instituto de Tecnologia de Massachussets (MIT), foi desenvolvida a primeira máquina de comando numérico, cujo protótipo foi testado com sucesso em 1952. Surgiu dessa forma uma nova era industrial, revolucionando conceitos consagrados de automação em máquinas-ferramentas ao introduzir, nestas, características de flexibilidade e programação até então, desconhecidos. No Brasil, a primeira máquina com comando numérico foi instalada em 1967 tendo havido, no início, um crescimento muito lento, só evoluindo para um crescimento mais rápido a partir de 1972, quando as primeiras máquinas NC começaram a ser fabricadas no país. 10.1 COMANDO NUMÉRICO: O Comando Numérico representa a automatização do processo de fabricação executado por uma máquina-ferramenta no sentido que todas as informações, tanto geométricas quanto tecnológicas, necessárias para fabricação de uma peça, são codificadas num programa. A partir do programa, o processo é inteiramente automático, sendo as informações lidas pelo comando e executadas pela máquina. O comando numérico caracteriza-se ainda por: - Extrema versatilidade de fabricação, permitindo usinar as mais variadas peças em uma única máquina, com um mínimo trabalho de preparação e sem necessidades de gabaritos, dispositivos de usinagem, etc.; - Grande precisão de execução das peças, reduzindo consideravelmente o número de peças refugadas e os trabalhos de controle de qualidade que normalmente iniciam na própria máquina sendo feito pelo operador; 69 - Possibilidade de um controle mais rigoroso da fabricação,diretamente do escritório. Erros humanos são reduzidos consideravelmente e o volume de produção não depende mais tanto de um maior ou menor esforço do operador da máquina, levando a indústria a cumprir mais facilmente os prazos de entrega estabelecidos; - Do ponto de vista de projeto, o projetista tem liberdade de usar formas complexas sem se preocupar demasiadamente com os problemas que a fabricação terá para produzir estas formas, já que com máquinas de comando numérico há recursos para produzir tais formas; - O aprendizado na operação das máquinas CNC é mais rápido do que no caso de máquinas convencionais onde do operador é exigida grande habilidade manual que só é adquirida ao longo do tempo; - A eliminação de certas operações de acabamento (como retificação) em muitos casos é perfeitamente viável, devido à excelente qualidade do acabamento superficial obtido através do emprego de máquinas CNC; - Há uma flexibilidade muito grande na produção com máquinas CNC, pois como quase tudo está totalmente previsto e incluído no programa, a troca de um lote de peças para outro se dá rapidamente, permitindo inclusive a suspensão temporária na execução de um lote para introduzir na máquina uma outra peça cuja confecção seja urgente; - Grande produtividade, pois a entrada de dados e programas são feitos pela leitora de programas ou por uma interface de comunicação, com extrema rapidez; - Os comandos de ligação de velocidade, avanços, giro de cabeçote e funções auxiliares se executam com grande rapidez. Os comandos geométricos, continuamente controlados por sistema de circuito fechado, se fazem com precisão e no mínimo tempo possível. 10.2 PROGRAMAÇÃO CNC: Este é o fator que estipula como o comando numérico vai funcionar, determinando como a ferramenta vai se movimentar para efetuar o corte, quais as condições de usinagem, tais como, velocidade de corte e avanço as quais vão ser 70 utilizadas, e todas as outras funções, como troca de ferramenta e de peça, ligar e desligar fluido de corte, etc. Do ponto de vista amplo a programação começa quando as características da peça são analisadas para se determinar o tipo de equipamento necessário para produzi-la. Considerando-se a programação a partir deste ponto, pode-se dizer que, pelo menos, dez diferentes níveis de atividades estão direta ou indiretamente ligadas à programação: - Seleção das peças: Considerando o fato de que uma indústria tem máquinas convencionais e máquinas CNC, há um instante em que alguém tem que decidir que tipo de máquina deve ser usada, sendo assim podemos fazer algumas perguntas: - As peças são complexas? - As peças têm tolerâncias apertadas? - Os lotes, pequenos ou médios, se repetem durante o ano? - Trata-se de famílias de peças? - O tempo de preparação é elevado? Com as respostas para estas perguntas pode ser verificada a viabilidade de se usar uma máquina CNC. - Interpretação do desenho: É importante que, para evitar erros, o programador não necessite fazer cálculos, ou que estes sejam reduzidos ao mínimo. - Planejamento do processo: Durante esta fase é estabelecida a seqüência de usinagem a ser adotada para produzir a peça. - Especificação dos dispositivos de fixação: - Seleção das ferramentas e condições de usinagem: A experiência do processista em fundamentos de usinagem será de fundamental importância para o estabelecimento deste item. - Cálculo das trajetórias das ferramentas: Os modernos comandos CNC praticamente dispensam qualquer cálculo de trajetória bastando que se indique o raio da ferramenta e o contorno da peça por onde a ferramenta deverá tangenciar durante a usinagem. - Preparação do programa manuscrito: Após a conclusão de todas as etapas até aqui descritas, o programador, usando todos os dados disponíveis, começa a escrever as instruções codificadas para a máquina executar a peça. Esta 71 tarefa pode ser realizada em editores específicos para este fim, com recursos de análise, verificação e simulação gráfica. - Conversão do manuscrito em fita perfurada: O conteúdo do manuscrito pode ser transferido para uma fita de papel utilizando-se uma máquina perfuradora. - Verificação do programa contido na fita: Antes da fita ser liberada para a produção é recomendável que ela sofra uma verificação detalhada para eliminar todo e qualquer erro ocorrido anteriormente. - Teste na máquina (Try-out): Os métodos mais usados para fazer o teste do programa nas máquinas são os seguintes: - Rodar o programa na máquina, passo a passo, sem peça e sem ferramenta; - Usinar uma peça de isopor, madeira, ou outro material fácil de ser usinado; - Usinar a primeira peça, controlando dimensões e ajustando parâmetros possíveis de serem ajustados no comando até obter as condições adequadas e dimensões dentro das tolerâncias. 11 ELETROEROSÃO A usinagem eletro-química difere da usinagem convencional pois utiliza energia elétrica e química como ferramentas de corte. Uma ferramenta não rotativa da forma da cavidade desejada é a ferramenta de corte, permitindo geometrias que dificilmente podem ser obtidas em outros processos, como por exemplo, furos não circulares e não passantes. O processo pode ser descrito, de forma sucinta, a seguir: - Duas barras de metais diferentes são imersas em uma solução eletrolítica; - Uma barra é ligada no polo negativo e outra no pólo positivo de uma bateria; - Quando o circuito é fechado, a corrente contínua passa pelo eletrólito entre as duas barras; 72 - A reação química transfere o metal de uma barra para a outra, ou seja, da peça para o eletrodo. Como o eletrodo tem a forma da cavidade desejada, esta geometria é obtida na peça. Como vantagens, podemos citar: - Podem ser trabalhados metais mais duros; - Como não há calor gerado, não há distorção nas peças; - O desgaste da ferramenta é insignificante, pois a mesma não toca na peça; - Como não há pressão da ferramenta sobre a peça, seções frágeis e finas podem ser trabalhadas; - O acabamento é muito bom; - Geometrias bastante complexas, são facilmente obtidas.
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