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1 PROCESSOS DE USINAGEM DOS METAIS 1. Introdução Usinagem é um processo de fabricação mecânica onde a peça acabada é obtida através da retirada de cavacos (aparas de metal) de uma peça bruta, através de ferramentas adequadas. A usinagem confere à peça uma precisão dimensional e um acabamento superficial que não podem ser obtidos por nenhum outro processo de fabricação É por este motivo que a maioria das peças, mesmo quando obtidas através de outros processos, recebe seu formato final através de usinagem. É claro, entretanto, que quanto maior o grau de precisão exigido no acabamento, mais sofisticado se torna o processo de usinagem e, portanto, com maiores custos. É possível executar-se a retirada de cavacos através de trabalho manual (limagem, serragem, etc) ou por meio de trabalho mecânico executado através de máquinas que usam ferramentas apropriadas para a execução de cada etapa do processo de fabricação de uma peça. Essas máquinas são conhecidas como "Máquinas operatrizes" ou "Máquinas-ferramentas" e podemos destacar como principais as seguintes: tornos, fresas, furadeiras e retíficas. 2. Operação de torneamento. Operações de torneamento são aquelas executadas através das máquinas operatrizes denominadas "tornos mecânicos", nos quais a retirada de cavaco da peça é executada por uma ou mais ferramentas que possuem o movimento de avanço e translação, enquanto a peça que se trabalha tem o movimento de rotação. 2.1. Operações fundamentais. Obtêm-se diferentes formas de corpos de revolução mediante diversas operações de torneamento. Podemos destacar como principais as seguintes: 2 2.2. Tipos de tornos mecânicos. Devido à variedade de peças que são torneadas, bem como das Operações que são executadas, existe uma diversidade bastante grande de tipos e tamanhos de tornos disponíveis no mercado. Como principais tipos poderíamos citar: horizontal ou universal, de placa, vertical, revólver, copiador, automático, automático com CNC e especiais. 2.3. Movimentos para obtenção de uma peça no torno O movimento de rotação da peça a trabalhar designa-se como movimento principal de corte O movimento longitudinal da ferramenta que causa a retirada progressiva e uniforme do cavaco é conhecido pelo nome de avanço. A ferramenta é graduada para uma determinada profundidade ou espessura de cavaco. Este movimento é chamado de penetração. 2.4. Torno mecânico universal (horizontal) O torno universal é o mais conhecido e o mais usado, principalmente devido a sua versatilidade, que permite trabalhar os mais variados tipos de peças. Entretanto, não é um torno recomendado para grande produção em série, pois seu trabalho é lento quando comparado, por exemplo, com tornos revólver ou automáticos. 3 2.4.1. Partes principais do torno mecânico universal Cabeçote fixo No cabeçote fixo está montada a árvore principal ou de trabalho, por meio da qual a peça recebe o movimento de rotação. Esta árvore gira apoiada em mancais (de escorregamento ou de rolamento) e é feita dos melhores aços. A maioria das vezes, é uma árvore furada através da qual se pode, por exemplo, passar uma barra que será trabalhada no torno. As partes da árvore que se apoiam nos mancais são temperadas e retificadas. A árvore deve girar nos mancais sem folga. Caso exista folga, aparecerão marcas indesejáveis deixadas pela ferramenta na peça, como conseqüência da vibração transmitida pela árvore. Além disso, as peças com forma de corpos de revolução podem não ficar perfeitamente redondas. A ponta externa da árvore está dotada duma rosca que serve para fixação de dispositivos. A árvore principal recebe o seu acionamento através da caixa de velocidades principal, a qual pode trabalhar através de um cone de polias ou através de engrenagem, como mostram as figuras abaixo: Movimento principal obtido através de "cone de polias" Transmissão por caixa de engrenagem com 6 velocidades 4 Caixa de mecanismos de avanço (Caixa Norton) Para que a ferramenta sofra um movimento de avanço, é necessário o deslocamento longitudinal do carro principal do torno. Isto pode se dar através de comando manual ou automático. O comando automático acontece com o acoplamento de mecanismos do carro à vara ou ao fuso que estão animados de movimento circular (vide desenho de conjunto do torno universal). Os movimentos circulares da vara e do fuso são obtidos através da caixa de mecanismos de avanço a qual, por sua vez, obtém sua força motora por intermédio da caixa de velocidades principal. A caixa de mecanismos mais conhecida é a "caixa Norton" (vide figura). Mecanismo de inversão do sentido de rotação da vara e do fuso A fim de que o carro principal do torno possa deslocar-se, tanto da esquerda para a direita, como em sentido inverso, é necessário que o fuso e a vara possuam um mecanismo de reversão de rotações acoplado à caixa de avanços. Um exemplo deste mecanismo pode ser visto na figura ao lado onde, por deslocamento da alavanca X, a engrenagem b muda seu sentido de rotação. O carro e seus mecanismos O carro que apoia-se sobre o barramento do torno é chamado de carro principal ou longitudinal. Ele oferece apoio à ferramenta e proporciona os movimentos de avanço e penetração. Além do carro longitudinal, que apoia-se sobre o barramento, e ao qual está ligado o avental, que é atravessado pelo fuso e pela vara; existem, também, o carro transversal sobre o qual está montado o limbo graduado; e o carro superior, onde estão montados a espera e o porta-ferramentas. Os carros devem mover-se nas guias respectivas sem folga alguma. 5 a) carro principal ou longitudinal b) carro transversal c) carro superior (espera) d) porta ferramenta e) avental Os carros longitudinal e transversal podem ser deslocados através de comando manual ou por meio do fuso ou da vara acionados pela caixa de avanços. Avental O mecanismo de engrenagens incorporado no avental do carro longitudinal tem a missão de transformar o movimento de rotação do fuso ou da vara em movimento longitudinal ou transversal, além de permitir estes movimentos através de manivelas externas. Embora o carro possa avançar por meio do fuso, isto só deve ser feito para execução de rosca, para evitar-se desgaste e perda de precisão. O avanço para outros tipos de trabalho deve ser dado pela vara. 6 Carro sendo conduzido através do comando manual pelo engate do pinhão na cremalheira Carro sendo conduzido pelo fuso através da porca bi-partida Movimento automático dos carros longitudinal e transversal, respectivamente. Cabeçote móvel A base e o corpo do cabeçote são fixos às guias do barramento por um parafuso de fixação. Com esse parafuso frouxo, o cabeçote pode mover-se nos dois sentidos ao longo do barramento e ser fixado na posição desejada. Soltando-se outro parafuso, situado geralmente na parte de trás do cabeçote, o corpo do cabeçote pode ter um pequeno deslocamento transversal ao barramento. Isso permite a usinagem de peças com pequena conicidade. 7 BarramentoO barramento suporta todas as partes principais do torno. É sobre ele que deslocam-se o carro longitudinal e o cabeçote móvel. As guias prismáticas em "V" tem sido as mais utilizadas, pois são as mais precisas e que resistem melhor. O cabeçote móvel é montado sobre as guias interiores (2 e 3); o carro é montado nas guias externas (1 e 4). Placas: Placa de arrasto É uma placa simples, provida de rasgo no qual é introduzida o grampo "cavalinho", que torna a peça solidária à arvore de trabalho, transmitindo seu movimento de rotação. Placa lisa A placa lisa fornece uma superfície plana, para apoio de peças de formatos irregulares. A placa lisa tem várias ranhuras que permitem a utilização de parafusos para fixar a peça. 8 Placa de castanhas independentes Este tipo de placa permite fixar firmemente peças de qualquer forma e centrar com precisão qualquer ponto da peça. As castanhas podem ser retiradas e colocadas em posição inversa, permitindo centrar pela parte interna peças com furos. Placa universal Neste tipo, as castanhas movem-se simultaneamente pela ação de chave introduzida em um dos furos existentes. Estas placas servem para fixar peças de seção circular ou poligonal regular, podendo centrar a peça com uma excentricidade de 0,07 mm. Ela é comumente usada para o torneamento de peças curtas que, seguras por ela, dispensam o uso da contra ponta do cabeçote móvel. Elas são equipadas com dois jogos de castanhas, um para prender a peça por fora e o outro por dentro. 9 2.5. Ferramentas para o torneamento Para um bom torneamento é necessário que se tenha a ferramenta com o formato apropriado, feita do material adequado, com o gume de corte afiado e bem apoiada para evitar-se vibrações. O material tem de possuir as seguintes propriedades: Dureza, tenacidade, dureza às temperaturas elevadas e resistência ao desgaste. a) ferramenta comum de aço ferramenta ou aço de corte rápido b) ferramenta com pastilha de metal duro, soldada c) diamante com suporte. 2.5.1. Materiais mais usados para a confecção de ferramentas - Aço ferramenta ao carbono (0,5 a 1,5% C). A uma temperatura de 250oC já perde sua dureza, o que o torna proibitivo para grandes velocidades de corte. (V < 25m/min) - Aço ferramenta ligado Contém além do carbono, tungstênio, vanádio, cromo, molibdênio, etc. É conhecido por aço rápido, possuindo alta resistência ao desgaste e perdendo sua dureza somente a 600oC. É de alto custo e, normalmente, somente a parte cortante da ferramenta é feita desse aço ("bit") ou "pastilha", que pode ser montada ou soldada em um cabo. - Metais duros ou carbonetos sinterizados Os componentes principais são o tungstênio e o cobalto, podendo também estar presentes o titânio, o tântalo e o nióbio. O metal duro também é de custo elevado sendo, portanto, produzido em pastilhas que, montadas a um cabo (soldadas ou aparafusadas), podem trabalhar em temperaturas de até 900oC, em altas velocidades de corte, dando um ótimo acabamento à superfície torneada. - Diamantes São muito duros e resistentes ao desgaste. São utilizados para trabalhos de alta precisão em máquinas especiais. - Materiais cerâmicos Possuem alta dureza e são também produzidos em forma de pastilhas, sendo usados para o torneamento de metais bastante duros, tais como o ferro fundido, em altas velocidades de corte. Mantém a dureza em temperaturas de até 1600oC. 10 2.5.2. Ângulos e arestas da ferramenta A forma fundamental de todas as ferramentas para retirada de cavaco é a cunha. Por gume ou corte, designa-se a linha de interseção das faces da cunha. α = ângulo de incidência ou folga ß = ângulo de corte ou da cunha γ = ângulo de saída g = gume principal (aresta principal) h = gume secundário (aresta secundária) Ângulo de incidência (α) A função do ângulo de incidência é evitar o atrito entre a peça e o flanco da ferramenta e permitir que o gume penetre no material e corte livremente. Quando este ângulo não é grande o suficiente, a ferramenta perde o corte rapidamente é há um sobre-aquecimento da mesma devido ao atrito com a peça. Ângulo de cunha (β) A função do ângulo de cunha é prover a ferramenta de resistência mecânica suficiente para resistir ao momento dado pela rotação da peça, sem se deformar ou romper. Ângulo de saída do cavaco (γ) Sua função é facilitar a saída do cavaco. É muito importante, influindo na força e na potência necessárias ao corte, no acabamento obtido e no calor gerado. Valores usuais para os ângulos de ferramentas de torno aço rápido material a ser usinado metal duro α β γ α β γ 8 68 14 aço sem liga c/ resistência até 70 kgf/mm² 5 75 10 8 72 10 aço fundido c/ resistência até 50 kgf/mm² 5 79 6 8 68 14 aço ligado c/ resistência até 85 kgf/mm² 5 75 10 8 72 10 aço ligado c/ resistência até100 kgf/mm² 5 77 8 8 72 10 ferro fundido maleável 5 75 10 8 82 0 ferro fundido cinzento 5 85 0 8 64 18 cobre 8 64 18 8 82 0 latão / bronze 5 79 6 12 48 30 alumínio 12 48 30 12 64 14 ligas de alumínio para fundir 12 60 18 8 76 6 ligas de magnésio 5 79 6 12 64 14 baquelite 12 64 14 12 68 10 papel endurecido com resinas 12 68 10 porcelana 5 85 0 α γ β α β γ 11 2.5.2. Quebra-cavacos Os cavacos contínuos formados na usinagem de materiais de alta ductilidade apresentam os seguintes problemas: a) São afiados e quentes, podendo ferir o operador. b) No caso de serem empregadas máquinas de alta velocidade,em pouco tempo o cavaco estará ocupando todo espaço disponível, inclusive podendo interferir na usinagem. Há, portanto, necessidade das ferramentas serem equipadas com quebra-cavacos. A função destes é quebrar os cavacos em pequenos pedaços através de seu dobramento até que o limite de ruptura do material seja atingido. Uma das formas de se obter isto é empregando um ângulo negativo de saída na ferramenta, a outra consiste de um rebaixo no topo da ferramenta, conforme figura acima. No caso de pastilhas fixadas mecanicamente, o próprio sujeitador da pastilha pode ser adaptado à função de quebra-cavacos. 2.5.3. Tipos de ferramentas de corte Cada tipo de trabalho exige um respectivo tipo de ferramenta. Deste modo, temos ferramentas específicas para desbastar, acabar, facear, rosquear, etc. - Ferramentas de desbaste O desbastar é a operação em que há uma grande retirada de cavaco em curto espaço de tempo. Por este motivo, devem ser de construção robusta. Conforme a posição do gume principal, a ferramenta é designada por direita ou esquerda. Ferramenta direita é aquela que corta da direita para a esquerda (a e c). Ferramenta esquerda é aquela que avança da esquerda para a direita (b e d) 12 - Ferramentas de acabamento Ao tornear-se uma peça, deixa-se algum sobremetal após o desbaste, para o acabamento fino. Por meio de ferramentas de acabar consegue-se uma superfície de bom acabamento. Normalmente a ferramenta de acabar tem o gume arredondado, embora também exista com gume largo (vide figura abaixo) Ferramentas de Facear São usadas para tornear faces, reentrâncias ou saliências de cantos vivos. A ferramenta de facear deve mover-se no sentido do eixoda peça para a periferia. Ferramentas de sangrar (bedame) Usada para abrir ranhuras ou para o corte. Ferramentas de perfilar e de rosquear As ferramentas de perfilar são especiais, tendo o gume de corte o formato do perfil que se quer obter. A ferramenta de abrir roscas possui a ponta com a forma do filete a ser cortado. 13 Ferramentas de broquear Usadas para o corte interno (alargamento de furos) Bits Devido ao custo elevado dos aços usados na fabricação de ferramentas, é usual a montagem de "bits" (que são a parte cortante da ferramenta com pequeno prolongamento) em suportes adequados para serem colocados nos porta-ferramentas dos tornos. 2.6. Velocidade de corte É a velocidade com a qual se dá a retirada do cavaco. Normalmente, ela é expressa em [m/min] V d n . . 1000 Onde: d = diâmetro da peça [mm] n = número de rotações da peça por minuto [rpm] 2.7. Avanço e profundidade de corte Para um bom rendimento no torno, necessitamos ter, além de uma velocidade de corte adequada, de um avanço e uma profundidade (espessura de cavaco) corretos. Avanço é o espaço longitudinal percorrido pela ferramenta durante uma volta da peça. É expresso em [mm / rotação] Profundidade é o espaço transversal que a ferramenta percorre ao ser regulada para dar um determinado passe na peça. É dado em [mm]. A relação entre avanço e profundidade deve variar entre 1 : 5 a 1 : 10. 14 2.8. Tipos de cavaco a) Cavaco arrancado (quebradiço): típico de materiais frágeis como o ferro fundido e o bronze. b) Cavaco cortado: típico de materiais dúcteis como o aço, quando cortados à baixa velocidade. c) Cavaco plástico: típico de materiais dúcteis e alta velocidade de corte. 2.9. Exemplo de trabalhos de torneamento Dar a seqüência de operações (folha de processo) para a fabricação da peça abaixo, partindo-se de um tarugo de 34 x 65 mm. Folha de Processos Fase do Trabalho Ferramenta 1) Fixação do tarugo no torno Placa Universal 2) Torneamento da face de topo Ferram. de facear 3) Desbaste Ferram. de desbastar 4) Acabar e rebarbar Ferram. de acabar de ponta redonda e de ponta chata 5) Sangrar Ferram. de sangrar 6) Torneamento da 2ª. face e rebarbamento Ferram. de facear e Ferram. de acabar de ponta chata 15 2.10. Outros tipos de tornos 2.10.1. O torno revólver Num torno universal normal é muito demorada a troca de ferramentas, bem como a inversão de peças. Para a produção em série, é muito mais adequado o torno revólver. Neste tipo de torno, todas as ferramentas necessárias para o torneamento são fixadas na torre revólver (castelo) ou nos carros anterior e posterior. Guiando-se a torre revólver, as ferramentas atuam na peça, uma após a outra. O torno revólver possibilita a usinagem de várias peças iguais, de maneira idêntica, usando- se uma série de ferramentas que serão aplicadas sucessivamente, sem remoção da peça e sem alteração da colocação da ferramenta. Normalmente, os tornos revólver são projetados para um determinado no de ferramentas que varia de 4 a 12. Os tornos revólver são semelhantes aos tornos comuns, com a diferença do barramento que é mais curto e apresenta o castelo ou torre revólver porta-ferramenta e não possui cabeçote móvel. Normalmente, as mudanças de posição das ferramentas são automáticos, enquanto que o avanço pode realizar-se automaticamente por meio de um fuso ou ser controlado manualmente. tipo torpedo tipo sela 16 2.10.2. Torno de Placa É um torno usado para usinar peças de grandes diâmetros e pequena espessura, tais como rodas, volantes, etc. Por este motivo existe um vão, conhecido como cava, em frente ao carro, para permitir a colocação de peças de grande diâmetro. 2.10.3. Torno Vertical É semelhante ao torno horizontal, diferindo apenas na posição da árvore de trabalho que está na vertical e por não possuir cabeçote móvel. A peça a ser torneada é fixada na placa vertical, o que exige menor esforço e facilita a centragem de peças de grande peso. A saída do cavaco é dificultada mas, em compensação, não cai sobre o barramento o que, em tornos horizontais, pode provocar desgastes prematuros, quando preso entre o carro e a guia do barramento. Os tornos verticais podem ser do tipo revólver, como mostra a figura. Uma outra grande vantagem do torno vertical é ao trabalhar peças grandes, de formato irregular que, no caso de serem trabalhadas em torno horizontal, necessitam a colocação de contrapesos para evitar o desbalanceamento e, por conseguinte, vibrações. O torno vertical geralmente trabalha com baixas velocidades de corte, grande seção de cavaco e com várias ferramentas atuando simultaneamente. 2.10.4. Tornos Automáticos Nos tornos automáticos a peça em bruto, geralmente em forma de barra, é introduzida pela árvore furada do cabeçote fixo e fixada mediante um dispositivo. O torno irá automaticamente executar o torneamento da peça após o que a barra avançará, sempre automaticamente, pelo furo da árvore e uma nova peça será executada. Assim prosseguirá sucessivamente até o término da barra. 17 Todos os movimentos, tais como o avanço e o recuo do carro, a mudança de posição da torre revólver, o soltar, o avançar e o fixar de novo a barra, efetuam-se automaticamente. Um único operador pode, por esta razão, cuidar de várias máquinas ao mesmo tempo. 2.10.5. Torno Copiador Por meio de torneamento por chapelona em tornos copiador, pode obter-se com rapidez e precisão peças em série. Um apalpador ou guia de contato desloca-se ao longo duma peça (chapelona) que serve de modelo. Ao apalpador está ligada a ferramenta de corte que, ao acompanhar o movimento descrito pelo apalpador, reproduz o modelo com fidelidade absoluta. Os tornos copiadores podem ser considerados como tornos semi-automáticos. O torno copiador é empregado, geralmente, para a produção em série de perfis cônicos, esféricos ou complicados. 18 2.Componentes usados na automatização de máquinas-ferramentas 2.1. Introdução No desenvolvimento histórico das máquinas-ferramentas sempre se procurou soluções que permitissem aumentar a produtividade, com a máxima qualidade e o mínimo custo. A evolução dos tornos, fresas, furadeiras, retíficas, etc iniciou-se pela automação mecânica e elétrica, com o emprego principalmente de eixos com cames, engrenagens e reles, nos idos da década de 50. Em paralelo a esse desenvolvimento houve grandes progressos na área de materiais, inclusive os usados para a confecção de ferramentas de corte. A essas exigências foram agregadas outras, tais como a fabricação de lotes reduzidos e o sincronismo com outras unidades produtivas, surgidas com o advento da teoria da produção puxada e da distribuição das máquinas em células de produção. Assim, partimos do aço rápido, passamos pelas ligas de metal duro e chegamos aos modernos insertos de cerâmica, que cada vez mais dominam o mercado. A par disso, novas condições de precisão dimensional, acabamento, prazos e preços passaram a ser impostas pelo mercado. Assim aquelas máquinas que apresentavam alta complexidade, grandes restriçõesde programação e manutenção cara e constante passaram a não mais atender os desejos dos clientes. A partir da década de 80, com a evolução acelerada da eletrônica, principalmente da ciência da computação, começou uma nova era para a automação industrial. Em particular, para as máquinas- ferramentas, marcou o início da fabricação das máquinas com comando numérico (C N) que, literalmente, significa ser comandada através de números e se traduzia na época em controlar o movimento de seus eixos posicionadores por dados introduzidos por via eletrônica. Essa idéia, a princípio simples, veio evoluindo até os nossos dias sendo que hoje o chamado C N C - CONTROLE NUMÉRICO COMPUTADORIZADO faz todo o controle,supervisão e diagnóstico da máquina, além de permitir a interação da mesma com computadores que estabelecem seus programas e sincronizam sua produção com as demais unidades produtivas da fábrica, permitindo assim uma produção totalmente automatizada. Antes de prosseguirmos, vamos definir o que se entende por C N C: Podemos definir Comando Numérico Computadorizado, como sendo um equipamento eletrônico capaz de receber informações através de entrada própria de dados, compilar as mesmas e transmití-las, em forma de comando à máquina, de modo que esta, sem a intervenção do operador, realize as operações na seqüência programada. A par disso, ele faz total gerenciamento de toda as funções importantes da máquina, num sistema de malha fechada. 2.2. Principais itens comandados das máquinas-ferramentas. Os principais itens gerenciados pelo C N C são os seguintes: Eixos de avanço, Acionamentos de avanço, Árvore principal, Meios de fixação da peça, Dispositivos de troca de ferramentas, Torre porta-ferramentas, Fluido de lubrificação e refrigeração, Motores (velocidades de corte e avanço), Temperaturas críticas, Cargas (torques) e Ferramentas (desgaste). 2.3. Componentes básicos ligados ao sistema de automação Para que uma máquina possa obedecer, de forma eficiente, ao comando CNC várias modificações, de origem mecânica e elétrica, foram feitas. A seguir descrevemos algumas das principais: 19 Motores de corrente contínua São usados para o acionamento do avanço, sendo regulados por um circuito de potência e podendo acionar ou frear em ambas as direções de movimento. É importante lembrar que os movimentos dos fusos da máquina devem ser realizados sem ter a influência de forças atuantes. Neste caso é importante uma alta rigidez da máquina. Além do mais, os acionamentos de avanço devem satisfazer às exigências a respeito da uniformidade dos movimentos e da rapidez de reação na alteração da velocidade. Motores passo a passo São também utilizados nos acionamentos de avanço. Eles têm a capacidade de subdividir uma rotação em passos fixos (até 48), que através de impulsos do comando podem ser realizados em qualquer número desejado. Para altas velocidades de usinagem há necessidade de um torque elevado na partida e na frenagem, não sendo possível manter-se com segurança o número exato de passos. Assim a sua aplicação fica limitada a pequenos torques. Servo-Motor Esse motor, pelas características de trabalhar com alto torque e baixa rotação, vem sendo largamente usado para os movimentos de avanço. O servo-motor deve ser comandado por um módulo de regulação(servo drive), que converte os sinais eletrônicos recebidos do comando em energia para o movimento do motor. Eles apresentam alta resolução e elevado grau de posicionamento e repetibilidade, através do ciclo interno de regulação do acionamento, com resolução de até 1/2.000.000 de rotação. Os transdutores lineares de posição (sensores) usados em conjunto com esses motores podem indicar o posicionamento dos eixos controlados com precisão de até 0,002 mm. A interface de regulação, com comunicação em tempo real, trabalhando em conjunto com transdutores que podem medir não só a posição dos eixos mas também a rotação do motor (tacômetros), bem como controlar a velocidade e a posição através de um sistema de interpolação fina. Motores assíncronos,sem escovas, C.A. Esses motores são usados para movimentar a árvore principal da máquina que realiza o movimento principal de corte, através da rotação da peça ou da ferramenta. São motores de alta potência e alta velocidade, controlados por microprocessadores que, em conjunto com transdutores incrementais e interface de programação pode ter comandado os seguintes parâmetros: velocidade, carga,temperatura, potência e posição alcançada. A nova concepção desse motor é o motor compacto, com refrigeração forçada,que é montado diretamente na árvore de comando da máquina, evitando todo o sistema de transmissão. Transmissão por eixo de esferas recirculantes 20 Essa transmissão é composta de um fuso e uma porca de esferas, sendo garantida uma transferência de força, isenta de atritos e com grande precisão, além de minimizar os desgastes. O rendimento mecânico, nesse caso, é da ordem de 98%. O seu funcionamento é dado pelo movimento de rotação do fuso, movendo assim a porca no sentido longitudinal, fazendo deslizar o carro correspondente ao longo das guias da máquina, com a máxima rigidez e suavidade. Transdutores (sensores) São responsáveis pelas medições micrométricas do posicionamento dos eixos ou do posicionamento angular nos eixos. O funcionamento desses sistemas de medição está baseado na leitura ótica de uma escala de medição. Essa medição pode ser linear ou rotativa e pode ser feita de maneira direta ou indireta. A medição direta de posicionamento é feita medindo-se de avanço dos carros, independentemente do movimento dos fusos . Já a indireta é feita através da medição da rotação dos fusos. Além disso a medição pode ser absoluta ou incremental. Na medição absoluta as medidas são feitas em relação a um ponto “zero”, que é a referência da máquina . Na medição incremental as medidas são feitas sempre em relação à posição anterior de origem. Meios de fixação da peça de trabalho (efetuadores) Nos tornos, em geral, é possível programar-se os movimentos de abertura e fechamento das pinças ou castanhas que fixam as peças às placas.. A escolha da pressão de fixação deve ser feita de acordo com a rotação da árvore e do torque transmitido. Devido à força centrífuga nas castanhas é necessário aumentar-se a pressão de fixação, à medida que a velocidade de rotação vai aumentando. Dependendo da rotação e do torque transmitido, o processo de fixação pode ser pneumático ou hidráulico. Sistema de troca de ferramentas (efetuadores) Com o avanço das máquinas-ferramentas, cada vez mais são usados os “centros de usinagem”, que são máquinas de alta capacidade e que podem executar a usinagem de determinada peça de ponta a ponta, através da utilização de diversas ferramentas. Hoje existem centros de usinagem que podem trocar até 48 ferramentas durante um processo de usinagem. Os dispositivos de troca de ferramentas podem ser do tipo magazine porta- ferramentas ou do tipo torre revólver. Numa torre revólver, a troca significa o giro da torre até colocar a ferramenta desejada em posição de trabalho. Esse comando pode ser elétrico ou hidráulico. Num magazine a troca é realizada com um sistema de garras. Isto significa que a usinagem é interrompida pelo programa e o trocador de ferramentas tira a nova ferramenta do magazine trocando- a pela ferramenta que estava atuando. Essa, por sua vez, é colocada de volta na respectiva posição do magazine. A troca automática demora cerca de 1 segundo. 21 Porta ferramentas Para permitir um sistema de troca de ferramentas, o porta-ferramentasdeve ser padronizado, em geral de acordo com as normas VDI, DIN ou ISO. As medidas da ferramenta transmitidas à máquina pelo programa CN baseiam-se em um ponto de referência definido no assento do porta ferramentas. 2.4. Elementos do comando CNC A principal parte do comando CNC é constituído por um processador, no qual todos os cálculos e combinações lógicas são efetuados. O comando CNC representa um vínculo entre o operador e a máquina e, para isso, é necessário que exista dois elementos de interfaceamento. O primeiro é o elemento de interfaceamento para o operador, que é constituído pelo painel e diversas conexões para a entrada de informações por disquetes, fitas perfuradas ou porta serial para comunicação direta com o computador. O segundo é o elemento de interfaceamento para máquina, que é constituído substancialmente por um comando de interfaceamento CLP - Controlador Lógico Programado, pelo módulo de acionamento do avanço dos eixos e por um circuito de potência Com ponent es Bás ic os para Aut om at izaç ão Cabeçote Motor principal Comando CNC Tacômetro Interfaceamento de entrada Comando dos eixos Fuso Torre Carro Transdutor Transdutor Circuito de potência Servo motor 22 A entrada de dados no primeiro elemento de interfaceamento pode ser feita de várias maneiras. A forma mais completa é a elaboração de um programa que tem início em um projeto elaborado em CAD e processado em CAM ou através da entrada digitalizada da cópia de um modelo, pela varredura do mesmo com um sensor, seguindo-se o processamento em CAM. O programa processado poderá ser testado através de softwares de simulação, havendo neste caso necessidade de introduzir-se parâmetros das ferramentas (medidas, tempo de utilização etc) e da máquina (máxima rotação da árvore, máximo avanço, máximo torque e graus de liberdade dos eixos). O programa pronto poderá ser introduzido no painel da máquina, seja por disquetes ou fitas perfuradas ou ainda pela entrada serial através de ligação direta com o computador central. O painel de comando CNC, por sua vez é composto de vídeo, luzes de sinalização, botões de operação que podem acionar manualmente motores, deslocamentos de eixos, etc. e de elementos operacionais para programação que permitem introduzir novos dados num programa ou ainda fazer-se correções. Para isto, existe no painel um teclado de números, de letras e/ ou símbolos das funções de programação. Comando CNC Os comandos CNC são constituídos por um processador no qual existem microprocessadores e memórias. Nos microprocessadores são processados os dados do programa introduzidos na memória e, então, transferidos `a máquina através de impulsos de comando. Ao mesmo tempo, é feita uma interação entre os microprocessadores e o sistema de medição, para verificar se o ponto atingido corresponde ao impulso emitido pelo comando, em um sistema de malha fechada (comparação desejável/real). Na realidade, o microprocessador lê uma informação de deslocamento do programa, calcula qual deve ser o ponto atingido, liga o acionamento (atuador) necessário para o deslocamento, recebe a informação do sistema de medição, compara esta posição com a desejada e continua atuando até que a mesma tenha sido atingida. Sistemas de medição 23 Interface comando - máquina O processador de um comando CNC não pode executar diretamente as funções da máquina. Assim, torna-se necessário transformar os impulsos entre o processador e a máquina através de um sistema intermediário de interfaceamento. Esse sistema atua nas funções da máquina, de tal forma que todas as condições necessárias da máquina, relativas ao impulso, sejam levadas em consideração. Por exemplo: Porta da máquina fechada, pressão do óleo correta, pressão nas castanhas de aperto da peça adequada, etc. Além disso, ativa outras funções secundárias relacionadas, tais como: lâmpadas de controle, sinais sonoros, etc. Da mesma forma determina funções que não devem atuar simultaneamente e que, portanto, devem permanecer desativadas. No comando CNC existem dois módulos de interfaceamento com a máquina: um de baixa potência, que comanda os eixos e o sistema de medição e, para acionar o motor principal, as bombas e válvulas, que demandam maior potência elétrica que a gerada pelos impulsos de comando, existe um módulo, chamado de circuito de potência, com a finalidade de ampliar e elevar a potência dos impulsos elétricos. 3. Operação de fresamento Através do fresamento podemos obter os mais diversos tipos de peças, com superfícies planas, curvas, com entalhes, com dentes, etc, conforme os exemplos abaixo: 3.1. Movimentos para fresamento de uma peça No fresamento, os cavacos são arrancados por meio da rotação de uma ferramenta multicortante, conhecida por fresa, que é provida de arestas cortantes, dispostas simetricamente ao redor de um eixo. Método de Trabalho do Processador Painel Entrada de dados M em ór ia Comando CNC Máquina Desejado M icr o- pr oc ess ad or In ter fac e de sa ída Atuadores Sensores Real Desejado 24 A fresa possui o movimento de rotação e, cada aresta da ferramenta, como no caso das usadas para o torneamento, possui um formato de cunha, o que facilita sua introdução no material a ser cortado. Ao movimento de rotação da fresa dá-se o nome de movimento principal ou de corte. Para obter-se a forma e dimensão desejada no corte, ainda é necessário um movimento retilíneo de avanço, que normalmente é dado pela peça que se encontra fixada à mesa da máquina. O movimento de penetração é o responsável pela espessura do cavaco e, normalmente também é dado pela peça, ou seja, pela mesa da fresadora. Durante o fresamento, cada aresta de corte da fresa está em contato com a peça por apenas um curto espaço de tempo. No resto do tempo de rotação da ferramenta, a aresta gira em vazio e pode ser refrigerada. Portanto, a solicitação ou esforço a que é submetida não é tão forte como no caso do torno, onde a aresta da ferramenta está cortando continuamente. 3.2. Processos de fresamento 3.2.1. Fresamento tangencial Neste caso, o eixo da fresa é paralelo à superfície de trabalho da peça. O cavaco produzido tem o formato de uma vírgula. No fresamento tangencial as fresas são ditas cilíndricas ou tangenciais. 25 As fresas tangenciais ou cilíndricas podem operar segundo o fresamento concordante, quando o sentido do movimento de avanço coincide com o sentido do movimento rotatório da fresa, ou através de fresamento discordante, quando o movimento de avanço da peça é contrário ao sentido de rotação da fresa. O fresamento discordante é o processo mais antigo empregado com fresas cilíndricas. Neste caso, a espessura de corte do cavaco aumenta progressivamente de zero a um valor máximo. Inicialmente, há um forte atrito entre a ferramenta e a peça. Quando a pressão da aresta cortante atinge um valor capaz de vencer a elasticidade do material, a mesma penetra na peça e retira uma porção de cavaco em forma de vírgula. No fim da operação de cada dente há uma tendência de levantamento da peça da mesa. No fresamento concordante as arestas da fresa começam a retirada de cavaco, partindo do ponto de maior espessura. A peça é fortemente comprimida contra a mesa e há o perigo da peça ser puxada para debaixo da fresa, podendo sofrer avarias, tanto a peça como a ferramentae a máquina. Portanto, para trabalhar-se neste sistema, é necessário que a máquina seja robusta e que não haja folgas no fuso da mesa. A utilização de ângulo de saída negativo e pastilhas de metal duro nas fresas cilíndricas, possibilita em vários casos, principalmente para peças delgadas e para grandes profundidades de corte, o emprego do movimento concordante, obtendo-se um ótimo acabamento superficial e maior produção. Fresamento frontal ou de topo Neste caso, o eixo da fresa fica perpendicular à superfície de trabalho e as arestas cortantes não são somente as da periferia, mas também as de topo. O cavaco é de espessura uniforme. No fresamento tangencial, a fresadora suporta uma carga irregular em virtude da forma em vírgula dos cavacos. É difícil evitar um reduzido impacto na periferia da fresa, cuja conseqüência é um sulco ondulado que se forma na superfície fresada a cada rotação completa da fresa. Na fresa de topo, cada dente arranca um cavaco de espessura uniforme. Por esta razão, a carga da fresadora é uniforme. O rendimento de corte do cavaco é em geral 15 a 20% mais elevado do que no caso do fresamento tangencial. As superfícies obtidas por fresamento de topo são perfeitamente lisas, sem apresentar pequenas ondulações. 26 3.3. Tipos de máquinas fresadoras 3.3.1. Fresadora horizontal a) corpo da máquina b) árvore principal c) caixa de velocidades do movimento principal d) caixa do avanço e) suporte móvel da mesa f) carro transversal g) mesa h) suporte da árvore i) suporte auxiliar j) eixo extensível k) parafuso sem-fim Esta máquina presta-se para toda espécie de trabalhos de fresamento. A sua característica principal consiste no fato do mandril porta-ferramentas estar colocado horizontalmente. O corpo da fresadora suporta a árvore principal disposta na horizontal, os mecanismos para acionamento do movimento principal da árvore e do movimento de avanço da mesa. A árvore principal gira apoiada em mancais de bronze ou rolamentos e é feita em aço liga, devidamente retificado. A caixa de velocidades que produz o movimento de rotação da árvore principal e, portanto, da ferramenta, possui a possibilidade de fornecer várias velocidades através de mecanismos de polias ou engrenagens, como acontece também nos tornos. A peça a ser trabalhada é fixada sobre a mesa. Para poder aproximar - se a peça da fresa, o suporte móvel da mesa é acionado, bem como o carro transversal e a mesa. Estes movimentos são feitos através de acionamento manual. A mesa pode, além disso, deslocar-se por meio do mecanismo de avanço. Este recebe seu acionamento diretamente da caixa de velocidades ou por meio de um motor especial para este fim. Para ligação do mecanismo de avanço com o fuso da mesa, utiliza-se um eixo extensível e um mecanismo de parafuso sem fim. A amplitude do avanço pode limitar-se por meio de "chaves fim de curso". fixação da peça no torno e na fresadora 27 3.3.2. Fresadora vertical Com esta máquina executam-se trabalhos de fresamento frontal. A árvore principal gira verticalmente no cabeçote vertical. Este cabeçote é giratório, de tal maneira que a árvore pode também tomar uma posição inclinada. A caixa de velocidade e o mecanismo de avanço assemelham-se ao de uma fresadora horizontal. 3.3.3. Fresadora universal A característica principal desta máquina é o fato de sua mesa poder ser girada para a direita ou para a esquerda. Por tal motivo, é possível a execução de trabalhos, tais como a fresagem de ranhuras helicoidais. 3.3.4. Fresadora paralela Trata - se de uma fresadora de produção, que trabalha com dois cabeçotes frontais ao mesmo tempo, podendo fresar os dois lados de determinada peça ao mesmo tempo ou mais de uma peça simultaneamente. Utilizada principalmente para o fresamento de peças pesadas. 28 3.3.5. Fresadora para superfícies planas Usada para produção de superfícies planas, com o uso de uma fresa tangencial. O cabeçote com a árvore principal pode ser deslocado, aproximando-se ou afastando-se da mesa. 3.4. Ferramentas de fresar Material As fresas são normalmente de aço de corte rápido ou usam pastilhas de metal duro ou ainda pastilhas de cerâmica. Os aços ferramenta só são utilizados para baixas velocidades de corte. Ângulos da fresa e passo entre dentes α =ângulo de incidência ou folga β =ângulo de cunha γ =ângulo de ataque ou saída Quanto ao passo a) Passo pequeno - é apropriado para o fresamento de aço duro. b) Passo médio - conveniente para o fresamento de aço doce. c) Passo grande - ideal para o fresamento de metais leves. 29 Disposição dos dentes Nas fresas de dentes retos, as arestas paralelas ao eixo da fresa começam a cortar o metal de uma só vez, com rendimento reduzido. (a) Fresas de dentes helicoidais são mais produtivas e trabalham de maneira mais silenciosa. Quando uma aresta está saindo do material, uma outra já começou a cortar. O cavaco escoa para o lado. (b) As arestas helicoidais podem ter inclinação à direita ou à esquerda, dando lugar no arranque do cavaco a uma força transversal na direção do eixo da fresa (força axial). Esta força deve ser dirigida contra o cabeçote da fresadora pois, caso o contrário, o mandril porta-fresa da árvore poderia soltar- se. Tamanho das fresas As fresas de pequeno diâmetro apresentam menor percurso e pequeno momento de torção, mas têm menos massa para a troca de calor e seus dentes são menores. 30 Forma dos dentes Os dentes podem ser fresados (ou agudos), detalonados (ou de perfil constante) e postiços. Dentes fresados ou agudos: É a forma mais comum e mais simples de ser feita. Como exemplo, podemos citar o "dente de serra" que apresenta a desvantagem de ser pouco resistente. As afiações sucessivas conduzem a uma variação progressiva da forma dos dentes e a uma vida pequena para a ferramenta. De maneira geral, as fresas com dentes agudos prestam-se para serviços de desbaste e acabamento de superfícies planas. Dentes detalonados: É a forma empregada nas fresas de perfil. Os dentes são afiados apenas na superfície de saída, o que mantém sempre o perfil original. Dentes postiços: É a solução mais econômica para fresas de grande diâmetro. É o caso típico das fresas frontais para faceamento. As pastilhas são presas nos dentes por solda ou parafusos. 31 Forma de fresas 32 4. Furação A furação é um dos mais importantes processos de usinagem, visto que a grande maioria das peças é dotadas de furos. Para abertura destes furos são usadas, preferencialmente, as furadeiras, embora possam ser usadas outras máquinas, tais como os tornos. 4.1. Movimentos para furação de uma peça A ferramenta normalmente utilizada para a abertura de furos é a broca helicoidal com duas arestas de corte. Para que ela execute o corte, são necessários dois movimentos: a) Movimento principal de corte- que é a rotação da broca em torno de seu eixo. Este movimento é que determina a velocidade de corte em [m/min] b) Movimento de avanço - que é o movimento longitudinal da broca em direção à peça. Este movimento é medido em [MM/rot.] Mediante a combinação dos movimentos principal e de avanço, cada aresta de corte descreve um movimento helicoidal que dá origem à formação de um cavaco contínuo. 4.2. Furadeiras e mandriladoras Dependendo do tipo de furação exigida (dimensões, precisão, quantidade, acabamento), existe um determinado modelo de furadeira mais adequada: Furadeira manual Pode ser elétrica ou pneumática; é ideal, pela sua versatilidade, para furação de pequenos diâmetros, que não exijam grande precisão, em produção não seriada. Furadeira de bancada Tem este nome por ser colocada sobre a bancada de trabalho. De pequena potência, também é usada para pequenos diâmetros em produção não seriada. 33 Furadeira de coluna É o tipo mais usado de furadeira. Ela é fixada através de uma base e possui uma mesa que pode deslocar- se em altura, onde é fixada a peça a ser furada. Possui várias velocidades e o avanço pode ser feito manual ou automaticamente. a) base b) coluna c) caixa de velocidades d) árvore porta-brocas e) acionamento do mecanismo de avanço f) mesa Caixa de velocidades e avanços: a) engrenagens da caixa de velocidade para o movimento principal b) alavanca de engate c) derivação para o movimento de avanço por meio de coroa e sem-fim d) engrenagens do sistema de avanço e) coroa, sem-fim e cremalheira para produzir o avanço Furadeira de coluna, com carro móvel Trata-se de uma máquina mais pesada, com uma coluna em forma de caixa de alta rigidez. Pelas guias da coluna, podem movimentar-se a mesa e o carro porta-broca onde está alojado o mecanismo de avanço. O movimento de avanço é realizado pelo carro, evitando que, em furos profundos, a árvore principal fique com uma grande parte em balanço, como ocorre com a furadeira de coluna comum. Portanto, esta furadeira é ideal para grandes diâmetros e para furos profundos. a) coluna com guias b) carro porta-broca 34 Furadeira de precisão Usada para furos com rigorosa distância entre centros (até 0,001 mm). Sua mesa permite movimentação longitudinal e transversal. Possui alta rigidez estrutural e sua árvore está perfeitamente apoiada, não havendo permissão para nenhuma folga. Usada em ferramentaria. Furadeiras em série Montadas em série, com uma mesa comum, são usadas para a realização contínua de várias operações em uma peça, tais como: furar, escarear e alargar determinado furo. Furadeira múltipla Possui várias árvores que são acionadas em conjunto podendo, portanto, executar vários furos ao mesmo tempo. Ideal para produção em série. 35 Furadeira de coluna É o tipo mais usado de furadeira. Ela é fixada através de uma base e possui uma mesa que pode deslocar- se em altura, onde é fixada a peça a ser furada. Possui várias velocidades e o avanço pode ser feito manual ou automaticamente. a) base b) coluna c) caixa de velocidades d) árvore porta-brocas e) acionamento do mecanismo de avanço f) mesa Caixa de velocidades e avanços: a) engrenagens da caixa de velocidade para o movimento principal b) alavanca de engate c) derivação para o movimento de avanço por meio de coroa e sem-fim d) engrenagens do sistema de avanço e) coroa, sem-fim e cremalheira para produzir o avanço Furadeira de coluna, com carro móvel Trata-se de uma máquina mais pesada, com uma coluna em forma de caixa de alta rigidez. Pelas guias da coluna, podem movimentar-se a mesa e o carro porta-broca onde está alojado o mecanismo de avanço. O movimento de avanço é realizado pelo carro, evitando que, em furos profundos, a árvore principal fique com uma grande parte em balanço, como ocorre com a furadeira de coluna comum. Portanto, esta furadeira é ideal para grandes diâmetros e para furos profundos. a) coluna com guias b) carro porta-broca 36 Furadeira de precisão Usada para furos com rigorosa distância entre centros (até 0,001 mm). Sua mesa permite movimentação longitudinal e transversal. Possui alta rigidez estrutural e sua árvore está perfeitamente apoiada, não havendo permissão para nenhuma folga. Usada em ferramentaria. Furadeiras em série Montadas em série, com uma mesa comum, são usadas para a realização contínua de várias operações em uma peça, tais como: furar, escarear e alargar determinado furo. Furadeira múltipla Possui várias árvores que são acionadas em conjunto podendo, portanto, executar vários furos ao mesmo tempo. Ideal para produção em série. 37 Furadeira radial A furadeira radial permite o deslocamento do carro porta- broca através de um braço, que, por sua vez, pode deslocar-se em torno da coluna, bem como se mover verticalmente. Graças a sua multiplicidade de movimentos, permite que uma determinada peça seja furada em vários pontos sem que tenha de ser deslocada. É ideal para furação de peças pesadas, de pequena mobilidade. Mandriladora horizontal a) árvore porta-ferramenta b) carro ou cabeçote c) coluna com guias d) luneta e) mesa f) barra de mandrilar Detalhe de uma barra de mandrilar não passante: a) barra de madrilar b) ferramenta c) parafuso de fixação d) parafuso de ajuste 38 A operação de mandrilamento consiste em alargar furos através de uma ferramenta similar a usada no torno, que é fixada em uma barra porta ferramenta chamada barra de mandrilar. Se o furo for passante, a barra ficará fixada entre a placa do cabeçote da máquina e um suporte conhecido por luneta. Caso contrário, usa -se uma barra curta presa apenas no cabeçote. A mandriladora pode ser utilizada para trabalhos de furação, mandrilamento, fresagem e torneamento em peças complicadas e de difícil manuseio. A árvore porta-ferramentas está disposta horizontalmente e nela podem ser fixadas as ferramentas de furar, mandrilar ou fresar. A árvore pode avançar no sentido longitudinal, enquanto que o cabeçote onde está fixada, pode deslocar-se em altura. A mesa, onde é fixada a peça, é giratória e pode deslocar-se nos sentidos longitudinal e transversal. As mandriladoras são equipadas com caixas de velocidades que permitem várias velocidades de rotação e avanço da árvore porta-ferramentas. 4.3. Ferramentas de furar 4.3.1. A broca helicoidal A broca helicoidal tem trêspartes principais: ponta, corpo e haste. A ponta é a extremidade cortante. O corpo é a parte situada entre a ponta e a haste, e têm dois sulcos ou ranhuras que se denominam estrias. A haste (paralela ou cônica) é a extremidade, ou punho, da broca que encaixa no mandril ou suporte da máquina perfuratriz. 39 A ponta da broca deve ser cuidadosamente formada em todas as características para que o corte seja eficiente, e o furo do tamanho certo. A aresta transversal situada no vértice da ponta se denomina centro morto. A ação cortante da broca fica a cargo das duas arestas cortantes, formadas pela interseção das estrias e a ponta cônica. A aresta transversal não corta, mas sim comprime o material para fora do centro do furo, à frente das arestas principais de corte, consumindo assim em torno de 40% do esforço de avanço da broca. A parte traseira de cada aresta cortante é rebaixada, para que a aresta possa penetrar o material, e para que ele não roce no mesmo. Ao fazer girar a broca sob pressão, as duas arestas cortam o metal, formando cavacos, permitindo que a broca vá se aprofundando cada vez mais. A parte rebaixada dá o formato de cunha e é uma das características mais importantes da ponta. 4.3.2 Alargadores Alargadores servem para alargar furos pré-furados, aumentando a precisão dimensional De modo geral, o alargador tem três partes: chanfro; corpo e haste O chanfro é a parte que efetua o corte do alargador, e é formado com ângulo uniforme em cada lâmina. O esmerilhamento é feito de tal maneira que haja um ângulo de folga atrás de cada aresta. O corpo compreende um número de estrias ou ranhuras e lâminas. As lâminas estão situadas entre as estrias. Na parte superior de cada lâmina há uma beira ou fase que corre desde o chanfro até a extremidade traseira da estria. A aresta traseira da fase é rebaixada, formando um ângulo de folga que se denomina ângulo de folga do corpo. Na maioria dos alargadores a aresta de cada lâmina se acha inclinada com relação à linha que atravessa o centro da face dianteira do alargador. Este ângulo se denomina ângulo do chanfro. A haste é a parte do alargador que se encaixa no mandril ou suporte da máquina. 40 5. Aplainamento É um processo usado para usinagem de superfície planas ou curvas que concorre com o fresamento. O cavaco é arrancado em forma de fita, em virtude de o movimento principal ser retilíneo. 5.1. Plainas ou Limadoras A operação de aplainamento pode ser feita pela plaina ou pela limadora. A diferença básica entre limadoras e plainas é que nas primeiras o movimento principal de corte é feito pela ferramenta, enquanto que nas plainas, é feito pela peça, através do movimento de vai-e- vem da mesa da máquina. As limadoras são usadas para pequenos trabalhos em oficinas e as plainas para produção industrial. a) curso útil b) curso em vazio (a ferramenta se desloca através de sistema de articulação, evitando riscar a peça) A velocidade de corte no aplainamento é dada em [m/min] e é medida durante o movimento da ferramenta no curso útil. A velocidade, durante o curso em vazio, denomina-se velocidade de recuo. 41 A limadora é uma máquina limitada, usada para executar cortes verticais, horizontais e inclinados em peças de pequenas dimensões. A plaina, por sua vez, é indicada para aplainar e fresar peças grandes. Possui dois cabeçotes e uma mesa que realiza movimento retilíneo alternado. 5.2. Movimento para o aplainamento de uma peça através da limadora O aplainamento é feito através de três movimentos: a) Movimento principal ou de corte: é executado pela ferramenta que avança em linha reta no sentido de corte (curso útil) e retorna à posição inicial, após executar o corte (curso em vazio). b) Movimento de avanço: é o movimento dado pela peça (aplainamento horizontal) ou pela ferramenta (aplainamento vertical), manual ou automaticamente, a cada vai e vem da ferramenta, na execução do movimento de corte. c) Movimento de ajuste: é dado pela ferramenta no aplainamento horizontal e pela peça no vertical, antes de iniciar-se a operação de corte. a) curso útil de corte b) curso em vazio c) avanço d) movimento de ajuste 5.3. Movimento para o aplainamento de uma peça através da plaina Nas plainas, o movimento principal é realizado pela mesa, enquanto que, a ferramenta realiza o movimento de avanço. As ferramentas de corte são semelhantes às da limadora, porém, em geral, são maiores. Movimento na plaina: a) curso útil de corte b) curso em vazio c) avanço d) movimento de ajuste 42 5.3. Ferramentas de aplainar As ferramentas de aplainar são semelhantes com as de tornear. 6. Brocheamento Na fabricação em grande série de peças, como as da figura ao lado, um dos processos mais competitivos de usinagem é o brocheamento. No brocheamento, a ferramenta é puxada, de maneira que seus dentes cortem a superfície a ser usinada. Existem, basicamente, dois tipos de brocheamento: o interno o externo. No interno, a ferramenta é introduzida através de um furo previamente aberto e começa a ser puxada. Suas dimensões são progressivas, de modo que a peça vai sendo usinada aos poucos, até atingir suas dimensões finais, quando a ferramenta termina seu curso. No brocheamento externo, a ferramenta é passada longitudinalmente ao longo da face a ser usinada. 43 O brocheamento confere à peça ótimo acabamento e excelente precisão, entretanto, o preço da ferramenta é elevado, o que limita sua aplicação às grandes séries de peças. Por este processo, consegue-se a fabricação de até 200 peças/hora. 6.1. Brocheadoras Estas máquinas são relativamente simples, porque só necessitam executar o movimento principal retilíneo para deslocamento da brocha. O movimento de avanço é obtido pelo próprio formato da ferramenta que vai aumentando de dimensões ao longo de seu comprimento. a) peça b) apoio c) mesa de trabalho d) brocha e) cilindro hidráulico f) êmbolo g) bomba de óleo 6.2. As brochas de corte As brochas possuem dentes em forma de cunha, com uma aresta cortante. Os dentes aumentam gradualmente, tendo no final exatamente a forma de perfil desejado. No sistema de dentes, podemos distinguir a parte cortante e a de calibração. A diferença de altura entre dois dentes consecutivos varia de 0,02 a 0,12 mm, sendo que os últimos 4 a 6 dentes possuem a mesma dimensão e tem a finalidade de calibrar o furo exatamente nas dimensões requeridas. 7. Retífica É o processo pelo qual se remove material, estabelecendo-se contato entre a peça e o rebolo girando à alta velocidade. A retífica confere à peça exatidão de medidas e elevada qualidade de acabamento superficial. A espessura do cavaco retirado através de retífica varia de 0,0025 a 0,03 mm. A superfície retificada apresenta menor coeficiente de atrito e maior resistência à fadiga. 7.1. Tipos de retificação Abaixo, mostramos os movimentos relativos entre o rebolo e a peça nos processos de retífica mais comuns: 44 Retificação frontal plana Essa operação pode ser feita em máquinas de eixo vertical. Ela consiste na retificação externa de superfícies planas. Ela pode ter avanço retilíneo ou circularda peça. Retificação tangencial plana Essa operação pode ser feita em máquinas de eixo horizontal. Ela consiste na retificação externa de superfícies planas. Ela tem avanço retilíneo da peça. Retificação cilíndrica A retificação de peças cilíndricas se faz por dois métodos: - entre centros: quando a obra é mantida na máquina entre duas pontas. Ela pode ser externa ou interna, como mostrado na figura. Na retificação interna, em virtude do pequeno diâmetro dos rebolos, torna-se necessário utilizar altas rotações para obter- se a velocidade tangencial desejada. O rebolo e a peça devem girar em sentidos opostos na região de contato. - sem centros (centerless): quando a peça não é suportada entre centros fixos, mas pela combinação de uma placa de apoio, um rebolo de encosto e um rebolo de corte. O rebolo de encosto causa a pressão da peça contra o rebolo abrasivo e controla sua rotação. A peça avança longitudinalmente. 45 Retificação Cônica A conicidade pode ser obtida por inclinação da peça, do rebolo, ou ainda, através da inclinação da mesa da máquina, quando a conicidade for pequena. Retificação de perfis Neste caso o rebolo deverá ter um perfil desenhado de acordo com a superfície da peça a ser usinada. 7.2. O rebolo Os rebolos são usados com três finalidades distintas: Eliminar rebarbas através de esmerilhamento, afiar o gume de ferramentas e dar acabamento e exatidão às peças através da retífica. 7.2.1. Composição dos rebolos Os rebolos são constituídos por grãos abrasivos reunidos através de um aglutinante. Os materiais abrasivos mais usados são os da tabela abaixo Abrasivo Aplicação Símbolo Material A Óxido de Alumínio Aço carbono sem tratamento térmico, forjado, fundido, etc. C Carbono de Silício Ferro fundido, não ferrosos e não metálicos AA Óxido de Alumínio Branco (99% de pureza) Aços temperados, aço rápido, vidros, etc. GC Carboneto de Silício Verde Materiais extremamente duros: Carbureto de tungstênio (Vídia) Os materiais abrasivos são triturados em moinhos, obtendo-se diversos tamanhos de grãos. Os grãos são classificados por peneiramento, sendo designados por meio do número da peneira. Os grãos grossos são usados para desbaste, porque apresentam grande rendimento, embora a superfície obtida seja áspera. Grãos finos são ideais para operações de acabamento, porque a superfície obtida com este tipo de rebolos é lisa, porém seu rendimento é pequeno. 46 Para a obtenção do rebolo é necessário aglutinar-se o abrasivo através de alguma liga. Os aglutinantes mais usados são: Resina sintética, vitrificação, borracha, goma-laca, silicato e oxicloreto. A escolha do aglutinante depende do tipo de serviço a ser executado. É o aglutinante que determina a dureza do rebolo e não os grãos abrasivos. Menor dureza é indicada para o trabalho de materiais duros porque, neste caso, os grãos abrasivos soltam-se com facilidade da massa aglutinante dando lugar a novos abrasivos de pontas aguçadas. Rebolos duros são indicados para materiais macios. A dureza do rebolo é indicada através de letras. A ação do rebolo depende também de sua velocidade periférica. Quanto menor a velocidade, mais branda é ação do rebolo. Outra característica importante dos rebolos é sua porosidade, ou seja, a quantidade de grãos abrasivos, aglutinantes e poros que ele apresenta. Quanto maior tenha de ser o rendimento do rebolo, tanto mais porosa deve ser a estrutura, para que os cavacos que se soltam possam ser absorvidos pelos poros. A porosidade é designada através de números. 7.2.2. Classificação dos rebolos Quadro de Identificação Normal de Rebolos Exemplo: Rebolo AA46,5K6V10 47 7.2.3. Formas de rebolos Basicamente, um rebolo pode ter qualquer formato que se queira. Entretanto, existem alguns formatos padronizados que são os mais usados para os tipos normais de serviços.
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