Fresadora CNC

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Ciências e Exatas e Tecnológicas
Engenharia Mecânica 
FRESADORA CNC	
Lucas de Almeida dos Reis 	RGM: 1823503-4
Luiz Anderson 				RGM: 1646523-7
Rafael Tomaz				RGM: 1828019-6
São Paulo - SP
2020
 
Lista de Figuras
Figura 2.1: Fresadora CNC HSM-Modal 
Figura 4.2: Modelagem final da Fresadora
 Figura 4.3: Alumínio
Figura 6.4: Rolamento 
Figura 8.5: Ilustração Eixo Roscado
Figura 8.6: Ilustração Rolamento
Figura 8.7: Ilustração Motor Spindle
Figura 8.8: Ilustração Fresadora CNC Montagem
Lista de Tabela
Tabela 8.1: Tabela de Componentes 
Tabela 8.2: Tabela de Componentes
Sumário
1 Introdução---------------------------------------------------------------------------------------------------------------05
1.1 Objetivo-------------------------------------------------------------------------------------------------------05
1.2 Justificativa--------------------------------------------------------------------------------------------------05
2 Abrangência-------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----05
	2.1 Fresadoras e suas características------------------------------------------------------------------------05
 2.2 Criação inicial da máquina fresadora CNC----------------------------------------------------------06
3 Metodologia-------------------------------------------------------------------------------------------------------------06
3.1 Descrição do Projeto ---------------------------------------------------------------------------------------06
3.2 O que é uma CNC Router---------------------------------------------------------------------------------07
3.3 Aplicações----------------------------------------------------------------------------------------------------07
4 Detalhamento Técnico-------------------- ----------------------------------------------------------------------------07
4.1 Definição da Estrutura e Modelagem-------------------------------------------------------------------07
4.2Definição do Material---------------------------------------------------------------------------------------07
4.3 Condições de Usinagem------------------------------------------------------------------------------------08
4.3.1 Vantagens em Trabalhar com Alumínio ---------------------------------------------------09
	
5 Definição do Motor----------------------------------------------------------------------------------------------------09
	5.1 Dimensionamento do Eixo--------------------------------------------------------------------------------09
6 Apuração do Rolamento----------------------------------------------------------------------------------------------11
7 Calculo do eixo sem fim-----------------------------------------------------------------------------------------------11
8 Projeto Detalhado------------------------------------------------------------------------------------------------------13
Conclusão------------------------------------------------------------------------------------------------------------------19
Bibliografia----------------------------------------------------------------------------------------------------------------19
Engenharia Mecânica 
 PROFESSOR mestre mARCELO tERUEL
1 Introdução
1.1 Objetivo
Com o intuito de aplicação do aprendizado adquirido durante as aulas de projeto de máquinas, iniciamos a discussão de criação do projeto de uma fresadora CNC, onde deve ser diretamente detalhado os esforços, dimensionamentos, aplicações e demais características do produto desenvolvido.
1.2 Justificativa
Com este projeto teremos a oportunidade de apresentar um recurso eficiente, eficaz sendo um grande investimento para empresas que prestam serviços usinando peças pequenas.
2Abrangência
2.1 Fresadoras e suas características
A distinção principal dos tipos de fresadoras é feita a partir da posição do eixo que fixa as fresas em relação à mesa de trabalho. Essas duas importantes partes se movimentam simultaneamente possibilitando o processo de fresamento da peça.
· Fresa Vertical 
A fresadora vertical tem esse nome justamente por possuir uma coluna vertical posicionada perpendicularmente à mesa, o que pode realizar atividades em diferentes peças de trabalho.
· Fresadora Horizontal
Já a fresadora horizontal utiliza uma fresa paralela à mesa de trabalho em que a peça é fixada, ou seja, horizontalmente.
· Fresadora Universal
Uma outra variação, a máquina fresadora universal é um equipamento híbrido que pode usar fresa na vertical e horizontal e tem uma grande quantidade de aplicações.
 2.2 Criação inicial da máquina fresadora CNC:
A primeira máquina fresadora CNC, foi projetada e produzida no ano de 1818, pelo engenheiro inventor estadunidense Eli Whitney (1765-1825), formado pela Yale University em 1972. Whitney é detentor também da patente de uma máquina de limpeza de algodão durante a colheita.
Nos tempos atuais, a fresadora CNC é utilizada em diversos seguimentos do mercado produtivo, atingindo empresas de pequeno, médio e grande porte, onde dependendo do modelo, possui a capacidade de fazer peças milimétricas até peças gigantescas como a fresadora HSM-Modal fabricada pela EEW Maschinenbau na Alemanha.
 
Figura 2.1: Fresadora CNC HSM-Modal
Muitas empresas de pequeno porte, prestam serviços a Grandes Companhias, visando o serviço, layout, manufatura e obter lucros, decidimos elaborar o projeto de uma CNC Router, sendo uma máquina muita mais barata comparado com máquinas de grande porte que temos no mercado, ocupa um espaço pequeno, cabendo em qualquer lugar, sendo um grande investimento para Empresas que prestam serviços usinando peças pequenas.
3 Metodologia 
3.1 Descrição do projeto
Para atender melhor aos Clientes, pensamos em Elaborar uma Máquina que Usine Alumínio e Madeira, sendo um Alumínio com dureza mais elevada que a madeira, dimensionamos a CNC Router para usinar um Bloco de Alumínio. 
Iremos apresentar como foi Feita a Construção da Máquina, para Usinar o Bloco em seu tamanho Máximo: 500x400x100. 
3.2 O que é uma CNC Router
 	 É uma máquina de corte controlada por computador relacionada ao roteador portátil usado para cortar vários materiais duros, como madeira, compósitos, alumínio, aço, plásticos e espumas. Mas no nosso Caso, a Aplicação principal será no Alumínio. 
Um Router CNC é muito semelhante em conceito a uma fresadora CNC. Em vez de rotear manualmente, os caminhos das ferramentas são controlados pelo controle numérico do computador. O roteador CNC é um dos muitos tipos de ferramentas que possuem variantes CNC. Um roteador CNC normalmente produz um trabalho consistente e de alta qualidade e melhora a produtividade da fábrica. 
3.3 Aplicações
Um roteador CNC pode ser usado na produção de muitos itens diferentes, como esculturas nas portas, decorações internas e externas, painéis de madeira, placas de sinalização, molduras de madeira, molduras, instrumentos musicais, móveis e assim por diante. Além disso, o roteador CNC ajuda no termo formação de plásticos, automatizando o processo de corte. Os roteadores CNC podem ajudar a garantir a repetibilidade das peças e a saída de fábrica suficiente.
4 Detalhamento Técnico
4.1 Definição da estrutura e modelagem 
À fim de termos o melhor modelo estrutural para usinagem do material, para cada atualização da modelagem, tivemos um ganho técnico no produto, até o momento em que tivemos a definição final do produto.
Figura 4.2: Modelagem final da Fresadora
4.2 Definição do material
No mercado atual, existem infinitos tipos de materiais que podem ser usinados em CNC´s, mas para uma melhor aplicação e resultado, este produto foi desenvolvido com base na usinagem de alumínio, material que possui um amplo mercado de produtos e aplicações.
Particularidade do material:
O alumínio  é um elemento químico de símbolo Al e número atômico 13 (treze prótons e treze elétrons ) com massa 27 u. Na temperatura ambiente é sólido, sendoo elemento metálico mais abundante da crosta terrestre. Sua leveza, condutividade elétrica, resistência à corrosão e baixo ponto de fusão lhe conferem uma multiplicidade de aplicações, especialmente nas soluções de engenharia aeronáutica. Entretanto, mesmo com o baixo custo para a sua reciclagem, o que aumenta sua vida útil e a estabilidade do seu valor, a elevada quantidade de energia necessária para a sua obtenção reduz sobremaneira o seu campo de aplicação, além das implicações ecológicas negativas no rejeito dos subprodutos do processo de reciclagem, ou mesmo de produção do alumínio primário.
É dado a Friedrich Wöhler o reconhecimento do isolamento do alumínio, em 1827.
Apesar de o alumínio ser um metal encontrado em abundância na crosta terrestre (8,1%) raramente é encontrado livre. Suas aplicações industriais são relativamente recentes, sendo produzido em escala industrial a partir do final do século XIX. Quando foi descoberto verificou-se que a sua separação das rochas que o continham era extremamente difícil. Como consequência, durante algum tempo, foi considerado um metal precioso, mais valioso que o ouro. Com o avanço dos processos de obtenção os preços baixaram continuamente até colapsar em 1889, devido à descoberta anterior de um método simples de extração do metal. Atualmente, um dos fatores que estimulam o seu uso é a estabilidade do seu preço, provocada principalmente pela sua reciclagem.
Em 1859, Henri Sainte-Claire Deville anunciou melhorias no processo de obtenção, ao substituir o potássio por sódio e o cloreto simples pelo duplo. Posteriormente, com a invenção do processo Hall-Héroult em 1886, simplificou-se e barateou-se a extração do alumínio a partir do mineral. Este processo, juntamente com o processo Bayer , descoberto no mesmo ano, permitiram estender o uso do alumínio para uma multiplicidade de aplicações até então economicamente inviáveis. O processo Hall-Héroult envolveu os trabalhos independentes e praticamente simultâneos do americano Charles Martin Hall (1886) e do francês Paul Héroult (1888), jovens cientistas com menos de 27 anos na época da descoberta do processo.
Figura 4.3: Alumínio 
4.3 Condições de Usinagem 
Segundo DINIZ et al. (2014), as ligas de alumínio, de forma geral, apresentam boa usinabilidade. Entretanto, de acordo com DIOGENES (2011), com relação aos critérios de usinabilidade baseados na rugosidade da peça e na característica do cavaco, não se pode dizer que o alumínio tenha usinabilidade alta, pois em condições normais de usinagem o acabamento superficial não é satisfatório e o cavaco possui formato alongado. Para se obter bom acabamento superficial, deve-se atentar tanto à velocidade de corte, que deve ser suficientemente alta, bem como à geometria da ferramenta.
4.3.1 Vantagens em trabalhar com alumínio 
Além de suas inúmeras propriedades que permitem diversas aplicações em vários setores de produção, um fator importante coloca o alumínio em um lugar de destaque frente aos outros metais, sua capacidade de reciclagem. Por ser 100% reciclável, a utilização do alumínio representa menos lixo depositado no meio ambiente e também menos energia na sua própria produção.
5 Definição do motor
Em sequência, fez-se necessário definirmos os motores atuantes no projeto, onde efetuarão a movimentação do castelo de usinagem e atuará diretamente na usinagem do produto.
Para isso, temos a seguinte definição:
VC= 140-180
Ae= 2mm = 0,02mm
RPM= 2500
Fc= Kc*b*h
b= = 3,3
Ø1= arcos (1- ) = 36,87
Zc= Zc= = 0,31 Zc=1
VC = = 157,08
RPM = = 2500
h = f*senx h= 0,75*sen 36,87 = 0,45 = 0,5
Vf= n*z*fz = 2500*3*0,1 = 750
Ks= 490
Fc= 490* 0,5 * 3,3 = 808,5N
Pc= Pc= = 2,11KW
Pm= = 2,34KW = = 3KN 5,8Kg (Massa motor)
5.1 Dimensionamento do eixo
Tendo a estrutura definida, o material que será utilizado, o material que será usinado, passamos para a definição dimensional dos eixos dos equipamentos, responsáveis pela movimentação guia do castelo de usinagem.
Em seguida, pode-se observas os cálculos de dimensionamento dos eixos:
Eixo X
 .: 
Eixo Y
 .: 
Eixo Z 
 .: 
6 Apuração do Rolamento
Os eixos do maquinário possuem movimentos de rotação em torno do próprio eixo de centro, portanto neste caso, foi adotada a necessidade de utilização de rolamentos, onde estará garantindo o mínimo desgaste durante o funcionamento e a mínima variação da precisão do produto usinado.
Verificando o procedimento dos principais fabricantes e fornecedores de rolamentos, temos a s	eguintes cotas a serem definidas:
Figura 6.4: Rolamento 
7 Calculo do eixo sem fim
Para a transmissão direta de movimentos, fez-se necessária a utilização do eixo sem fim, onde tivemos relações de transmissão alterando velocidade de giro e torque.
Abaixo é possível analisar matematicamente a definição dos diâmetros:
Eixo Z= 12,00mm
Eixo Y= 21,30mm
Eixo X= 26,90mm
Passo = 2mm
Folga
Altura do filete parafuso
Eixo Z
Eixo Y
Eixo X
8 Projeto Detalhado
	ITEM
	DENOMINAÇÃO
	QUANTIDADE
	MATERIAL
	01
	Mesa
	1
	Ferro Fundido
	02
	Apoio Esquerdo
	1
	Aço 8620
	03
	Apoio Direito
	1
	Aço 8620
	04
	Vigas de sustentação
	1
	SAE 1020
	05
	Eixo Roscado X
	1
	SAE 8620
	06
	Motor de Passo
	3
	Aço 
	07
	Acoplamento
	3
	SAE 1045
	08
	Suporte para Acoplamento
	2
	SAE 1020
	09
	Lateral Esquerda
	1
	SAE 1045
	10
	Lateral Direita
	1
	SAE 1045
	11
	Guia para Eixo X 
	1
	SAE 8620
	12
	Bucha das Guias X
	4
	BRONZE
	13
	Eixo Guia X
	2
	SAE 8620
	14
	Mancal da Guia X
	2
	SAE 4140
	15
	Bucha de Transmissão Eixo X
	1
	SAE 8620
	16
	Eixo Roscado Y 
	1
	SAE 8620
	17
	Eixo Guia Y
	2
	SAE 8620
	18
	Arruela de Fixação de eixos 
	4
	SAE 1020
	19
	Mancal da Guia Y
	4
	SAE 8620
	20
	Mancal Eixo Roscado Y
	1
	SAE 8620
	21
	Placa de Fixação de Mancais
	1
	SAE 1020
	22
	Placa de Fixação Eixo Z
	1
	SAE 1020
Tabela 8.1: Tabela de Componentes
	ITEM
	DENOMINAÇÃO
	QUANTIDADE
	MATERIAL
	23
	Placa Superior Fixação das Guias
	1
	SAE 1020
	24
	Placa Inferior fixação das Guias
	1
	SAE 1020
	25
	Guia para Eixo Z
	2
	SAE 8620
	26
	Mancal das guias Eixo Z
	2
	SAE 8620
	27
	Motor Spindle
	1
	 
	28
	Suporte Traseiro do Motor Spindle
	1
	SAE 1045
	29
	Suporte Frontal do Motor Spindle
	1
	SAE 1045
	30
	Eixo Roscado Z
	1
	SAE 8620
	31
	Suporte para Acoplamento Z
	1
	SAE 1020
	32
	Mancal do Eixo Z
	1
	SAE 8620
	33
	Rolamento SKF 62-2B
	1
	Aço
	34
	Rolamento SKF 62-22
	1
	Aço
	35
	Rolamento SKS 62802
	1
	Aço
	36
	Parafuso allen com sextavado interno M8-20
	4
	Aço
	37
	Parafuso allen com sextavado interno M8-25
	6
	Aço
	38
	Parafuso allen com sextavado interno M8-30
	8
	Aço
	39
	Pino paralelo ISSO 8735 8x45 tipo A
	4
	Aço
	40
	Arruela plana- serie média 12
	2
	Aço
	41
	Parafuso allen com sextavado interno M5-20
	28
	Aço
	42
	Anel elástico para eixo 14x1 
	1
	Aço
	43
	Anel elástico para eixo 20x12
	1
	Aço
	44
	Anel elástico para eixo 25x12
	1
	Aço
Tabela 8.2: Tabela de Componentes
Figura 8.5: Ilustração Eixo Roscado
Figura 8.6: Ilustração Rolamento
Figura 8.7: Ilustração Motor Spindle
Figura 8.8: Ilustração Fresadora CNC Montagem
Conclusão
Neste trabalho foi desenvolvido uma fresadora CNC didática de pequeno porte, apresentando com detalhamento os elementos chave envolvidos nas etapas de projeto e fabricação da estrutura mecânica.
De acordo com os resultados obtidos os autores consideram que o projeto desenvolvido atendeu com êxito e satisfação a todos objetivos propostos.
Esta aplicação exemplifica de forma muito explicita a essência da matéria, onde foi possível observar na prática, vários elementos que foram estudados à teoria em sala de aula. Contudo acredita-se que o esforço e dedicação empregados nesta ocasião renderão muitos benefícios a instituição, motivando os alunos e criando novas oportunidades de trabalhos relacionados.
Bibliografia 
Albert, A. (2004). UnderstandingCNC Routers. FPInnovations - Forintek Division, First Edition. http:// www.solutionsforwood.ca/_docs/reports/UnderstandingCNCRouters.pdf
http://www.abraman.org.br/arquivos/72/72.pdf
http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TMEC038/Prof.Jorge_Erthal/Referencia%20complementar/apostilas/Apostila-Elementos-de-M%E1quina-SENAI.pdf
https://www.seduc.ce.gov.br/wp-content/uploads/sites/37/2011/10/mecanica_elementos_de_maquinas.pdf