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USINAGEM E CONFORMAÇÃO OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM > Descrever os princípios e as aplicações do torneamento mecânico universal. > Analisar o funcionamento dos tipos de tornos mecânicos. > Reconhecer as características e vantagens do torno CNC. Introdução O processo de usinagem de torneamento de peças de revolução está presente em vários segmentos da indústria, como na fabricação de eixos de transmissão, buchas em mancais, fusos de transporte, entre outros elementos. O torno, equi- pamento responsável pela execução desses processos, vem sendo modernizado, com a inclusão de automação por meio de comando numérico, gerando, assim, os tornos CNC (do inglês computer numeric control). Neste capítulo, você conhecerá o torno CNC, bem como as suas principais características. Além disso, conhecerá os processos de usinagem e os diferentes tipos de tornos mecânicos. Torno mecânico universal As peças de revolução, fabricadas em tornos mecânicos, são frequentemente necessárias na indústria. Alguns exemplos dessas peças são: eixos, engre- nagens, buchas e qualquer outra peça que tenha em sua projeção de corte uma forma circular. Torneamento em CNC Everton Coelho de Medeiros A princípio, a máquina operatriz torno mecânico foi utilizada como “torno de vara”, no século XIX, quando os artesãos produziam peças em uma máquina que era movida manualmente por meio de um pedal (Figura 1) (MACHADO et al., 2015). Figura 1. Torno de vara. Fonte: Morphart Creation/Shutterstock.com. Com o passar dos anos e a mecanização de componentes motrizes, o torno mecânico universal assumiu a forma apresentada na Figura 2. Figura 2. Torno mecânico universal. Fonte: Cherezoff/Shutterstock.com. Torneamento em CNC2 Observe que o torno mecânico possui diversas partes que compõem a máquina. Em seu conjunto motor, à esquerda, está o motor elétrico, que, por meio de correias, transmite a rotação para uma caixa de engrenagens, chamada de caixa Norton. Nessa caixa, estão as engrenagens, que, por meio de alavancas seletoras, promovem a mudança de rotação do eixo-árvore (FITZPATRICK, 2013). No eixo-árvore, geralmente há uma placa de 3 castanhas, que fixa a peça a ser posta em movimento rotativo. Contudo, é possível utilizar outros aces- sórios, como a placa de 4 castanhas independente e a placa lisa para arrasto (MACHADO et al., 2015). Disposto horizontalmente, observa-se o barramento do torno, em que o avental faz a movimentação longitudinal da ferramenta de corte. Nesse avental, estão algumas alavancas, que promovem o acionamento dos avanços automáticos longitudinal e transversal. A transmissão desse movimento vem também da caixa Norton, que faz girar uma vara ou fuso, girando simultanea- mente o eixo-árvore onde se encontra a peça e o local onde está a ferramenta de corte; contudo, esse movimento não é de mesma velocidade. Para a fixação da ferramenta, são utilizados suportes, os quais são presos ao castelo. Esse castelo é uma peça pertencente ao avental e possui vários parafusos para a fixação de suportes de diversas ferramentas, permitindo a angulação (FITZPATRICK, 2013). Uma vez fixada a peça à placa e a ferramenta ao castelo, a peça é posta em rotação e, assim, promove-se o corte (Figura 3). Outros acessórios são vistos em um torno universal, tais como cabeçote móvel e luneta. Figura 3. Processo de torneamento. Fonte: Pixel B/Shutterstock.com. Torneamento em CNC 3 Existem vários processos de torneamento, como desbaste, acabamento, faceamento, rosqueamento, furação, abertura de canais e perfilamento (FITZPATRICK, 2013). A Figura 4, a seguir, apresenta as ferramentas de corte disponíveis para a execução dessas tarefas distintas. Além da seleção do ferramental correto, faz-se necessário ajustar os parâmetros de corte, como a rotação e o avanço da ferramenta. Toda essa seleção é feita junto à caixa Norton do torno. Figura 4. Ferramentas de corte para os processos de torneamento. Fonte: Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial de São Paulo (2016). Torneamento cilíndrico Torneamento de perfis Perfilagem Sangramento Recartilhamento Faceamento de ressaltos Torneamento cônico Roscagem Faceamento Dependendo da construção do torno mecânico, principalmente no caso dos que operam em CNC, a torre de suporte de ferramenta pode estar disposta mais próximo do operador (chamada de torre dianteira) ou no lado oposto (chamada de torre traseira). Essa variação modificará como o sistema de coordenadas está disposto, variando fundamentalmente o sentido do carro transversal. Como visto, o torno mecânico universal é utilizado em várias operações de confecção de peças por meio de operador manual. Esse equipamento consegue fabricar peças de revolução com perfis variados, a depender da ferramenta de corte escolhida, juntamente à seleção dos parâmetros de operação da máquina operatriz. A seguir, serão apresentados outros tipos de tornos mecânicos utilizados em segmentos da indústria. Torneamento em CNC4 Tipos de tornos mecânicos Os tornos mecânicos são máquinas operatrizes convencionais para a fabri- cação de peças de revolução. No entanto, dependendo do setor industrial, as peças possuem comprimento ou diâmetro em proporções que não são adequadas a um torno universal (MACHADO et al., 2015). A seguir, serão apre- sentados os principais tipos de tornos mecânicos. Torno horizontal Uma primeira classificação de torno é o do tipo horizontal, cuja variação está no tamanho do seu barramento. Há tornos que possuem dezenas de metros de comprimento, como mostrado na Figura 5. Alguns exemplos de peças produzidas em tornos horizontais são: cilindros de laminação, rotores, fusos, entre outras peças com L/D (comprimento por diâmetro) alto. Figura 5. Torno mecânico horizontal. Fonte: Jan Lipina/Shutterstock.com. Torneamento em CNC 5 Torno vertical Quando uma peça a ser fabricada possui um valor de diâmetro alto, contri- buindo, assim, para aumentar o seu peso e inércia em relação à rotação, o torno vertical é o mais indicado. Alguns exemplos de peças que são fabricadas nesse tipo de torno são: cremalheiras, anéis de rolamentos, entre outros elementos de conexão em torres de destilação (MACHADO et al., 2015). Torno revolver O torno revólver (Figura 6) se assemelha bastante ao torno horizontal, porém se diferencia deste com relação ao suporte de ferramentas. A construção desse torno permite trocas rápidas de ferramentas para operações predefinidas e repetidas, aumentando, assim, a sua produtividade em relação ao torno horizontal tradicional (SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL DE SÃO PAULO, 2016). Figura 6. Torno revólver. Fonte: Adaptada de Jasinevicius ([20--]). Torno copiador O torno copiador (Figura 7) tem um carro longitudinal, no qual há um seguidor/ apalpador que vai acompanhando um modelo de peça acabada. Conforme o apalpador vai oscilando na silhueta do molde, o suporte com a ferramenta usina a peça que está em rotação. Esse tipo de torno é bastante encontrado em usinagem de madeira (SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL DE SÃO PAULO, 2016). Torneamento em CNC6 Figura 7. Torno copiador. Fonte: Adaptada de Jasinevicius ([20--?]). Torno platô O torno platô se assemelha a um torno horizontal, porém é ideal para apli- cações em peças curtas de grande diâmetro, devido à sua placa de fixação grande e ao seu barramento longitudinal curto. A Figura 8, a seguir, apresenta um exemplo desse tipo de máquina (SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL DE SÃO PAULO, 2016). Torneamento em CNC 7 Figura 8. Torno platô. Fonte: Adaptada de Carvalhal ([20--?]). Torno automático CNC Os tornos, sejam eles horizontais ou verticais, foram automatizados ao longo do tempo. A incorporação de um sistema de comando numérico computa- dorizado (CNC) possibilitou a execução de tarefas mais complexas, maiores índices de repetitividade e qualidade dimensional e superficial (MACHADO et al., 2015). No entanto, devido ao acréscimo de tecnologia a essetipo de equipamento, alguns setores da indústria que não realizam produção em série (p. ex., manutenção) ainda utilizam máquinas convencionais. Além disso, as máquinas CNC são produtos de alto valor agregado, ou seja, são mais caras (SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL DE SÃO PAULO, 2016). A Figura 9, a seguir, apresenta um torno CNC horizontal. Torneamento em CNC8 Figura 9. Torno CNC horizontal. Fonte: Sergey Ryzhov/Shutterstock.com. Esses tipos de tornos são encontrados no chão de fábricas. A partir deles, há a incorporação do comando numérico e a automação da movimentação de eixos. Veja, a seguir, mais características e fundamentos sobre os tornos CNC, bem como suas partes, seu método de programação, com base no sistema de coordenadas 2D, e seu centro de torneamento. Características e vantagens do torno CNC Na Figura 9, foi apresentado um torno CNC horizontal, cujo eixo-árvore é automatizado com o uso de um motor elétrico, aliado a um acionamento por meio de inversor de frequência e sensor de posição de rotação, chamado de encoder. Esse tipo de sensor permite verificar a rotação do eixo-árvore (chamado de spindle) e parar em posições angulares predefinidas. Os sistemas de movimentação (longitudinal e transversal) são acionados por meio de servomotores, que utilizam fusos de esferas recirculantes, dimi- nuindo, assim, os seus valores de folgas nos encaixes mecânicos (FITZPATRICK, 2013). A torre possui troca automática de ferramentas, de modo que, durante o processo de usinagem, as ferramentas de corte são alteradas de acordo com o processo de usinagem exigido. Além disso, os sistemas de proteção Torneamento em CNC 9 com sensores e portas com visor acrílico de alta resistência contribuem para a melhoria das condições de segurança de trabalho para o operador. A programação do torno CNC envolve uma combinação de códigos, que variam de sistema para sistema. Por exemplo, os comandos numéricos da fabricante Fanuc possuem códigos diferentes para a execução de um mesmo ciclo de usinagem em relação aos apresentados pelas fabricantes Siemens, Heidenhain ou Mitsubishi. No entanto, o procedimento de adoção das co- ordenadas que ilustram a silhueta da peça em revolução são os mesmos. Um torno CNC possui 2 eixos coordenados, o eixo Z, que está alinhado no sentido longitudinal, e o eixo X, alinhado ao movimento transversal (SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL DE SÃO PAULO, 2016). Para a determinação dos pontos coordenados, deve-se analisar onde está a referência de coordenadas. Na primeira peça, o sistema de coordenadas está no fundo dela (coordenada Z com valor zero). Em seguida, basta analisar os pontos que estão antes de se chegar ao fundo e ir relacionando par a par (X e Z) para cada ponto. Observe que o eixo transversal à coordenada X deve ser igual ao valor de diâmetro, ou seja, não é necessário dividir por dois e trabalhar com o raio da peça (SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL DE SÃO PAULO, 2016). Se a referência estiver na face da peça, os valores de X permanecem semelhantes ao discutido antes, porém os valores de Z serão negativos. A Figura 10, a seguir, apresenta um exemplo de obtenção de pontos de programação no sistema cartesiano de um torno CNC utilizando referências no fundo e na face da peça. Torneamento em CNC10 Figura 10. Sistema de coordenadas para a programação em torno CNC. Fonte: Adaptada de Indústrias Romi S/A ([20--?I). A seguir, serão apresentados dois exemplos de aplicação de coordenadas para a confecção de peças em um torno CNC. Observe que há diferenças no sistema referencial de cada peça. Exemplo 1 Obtenha os pontos cartesianos necessários para descrever a peça cilíndrica a seguir, com 100 mm de comprimento. Utilize o sistema de coordenadas absolutas. Torneamento em CNC 11 Solução: Ponto Coordenada X Coordenada Z A 50 0 B 50 60 C 60 60 D 60 40 E 70 40 F 70 0 Exemplo 2 Obtenha os pontos cartesianos necessários para descrever a peça cilíndrica a seguir, com 170 mm de comprimento e 50 mm de diâmetro bruto. Utilize o sistema de coordenadas absolutas. Torneamento em CNC12 Solução: Ponto Coordenada X Coordenada Z A 10 0 B 10 −40 C 21 −40 D 25 −42 E 25 −100 F 38 −100 G 40 −101 H 40 −150 I 50 −150 J 50 −170 Além do torno CNC, existe uma máquina operatriz que é uma variação do torno universal. Nas ferramentas disponíveis em sua torre, há cabeçotes de rotação, que permitem a usinagem da peça presa à placa enquanto o eixo-árvore não gira. Esse tipo de máquina é conhecido como centro de torneamento e possui mais do que os eixos cartesianos X e Z para a sua pro- gramação. O eixo de rotação da placa em movimento e a movimentação dos eixos longitudinais e transversais permitem usinagens complexas (SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL DE SÃO PAULO, 2016). A Figura 11, a seguir, apresenta um centro de torneamento e uma possível peça obtida por meio do uso desse equipamento. Em geral, para a programa- ção desse tipo de peça a ser usinada, utiliza-se um software CAM (do inglês computer aided manufacturing), que, a partir de modelos tridimensionais obtidos por software de desenho, consegue gerar as rotas de usinagens necessárias para a obtenção do produto desejado. Torneamento em CNC 13 Figura 11. Centro de torneamento CNC. Fonte: Andrey Armyagov/Shutterstock.com. A empresa brasileira ROMI S.A. disponibiliza exemplos de alguns centros de torneamento em operação em sua página oficial no You- Tube. Confira o canal da empresa para saber mais sobre essa nova geração de máquinas CNC aplicadas à fabricação de peças de revolução. Neste capítulo, você conheceu os tornos mecânicos horizontais e a nomen- clatura de suas partes, bem como quais são os seus processos de usinagem e as ferramentas necessárias. Hoje, as empresas ainda compram tornos dedicados, a exemplo dos tornos revólver, utilizados para parafusos e peças repetidas a baixo custo. Além disso, você conheceu diferentes classificações dos tornos mecânicos, tais como vertical, platô, copiador e, por fim, CNC. Em relação a este último, você viu quais partes se alteraram devido à automação aplicada, como é criada uma estrutura básica de programação utilizando o sistema cartesiano, bem como conheceu o centro de torneamento, uma máquina CNC com maior versatilidade na usinagem em relação ao torno CNC tradicional. Torneamento em CNC14 Referências CARVALHAL, L. P. Torno mecânico. Florianópolis: IFSC, [20--?]. 79 slides. Disponível em: https://docplayer.com.br/5734319-Torno-mecanico-1-corpo-da-maquina-barramento- -cabecote-fixo-e-movel-caixas-de-mudanca-de-velocidade.html. Acesso em: 19 nov. 2020. FITZPATRICK, M. Introdução aos processos de usinagem. Porto Alegre: AMGH, 2013. MACHADO, A. R. et al. Teoria da usinagem dos materiais. São Paulo: Blucher, 2015. INDÚSTRIAS ROMI S/A. Manual de programação e operação: Centur 30D. Santa Bárbara d’Oeste, SP: ROMI, [20--?]. JASINEVICIUS, R. G. Processos de usinagem. São Paulo: USP, [20--]. 74 slides. Disponível em: https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/1720625/mod_resource/content/1/ Aula%20Torno%20SEM0303.pdf. Acesso em: 19 nov. 2020. SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL DE SÃO PAULO. Processos de fabri- cação mecânica. São Paulo: SENAI-SP, 2016. Os links para sites da web fornecidos neste capítulo foram todos testados, e seu funcionamento foi comprovado no momento da publicação do material. No entanto, a rede é extremamente dinâmica; suas páginas estão constantemente mudando de local e conteúdo. Assim, os editores declaram não ter qualquer responsabilidade sobre qualidade, precisão ou integralidade das informações referidas em tais links. Torneamento em CNC 15