Revisão sobre Operações de Fresamento e Classificação de Fresadoras

revisão 6 5 Parte 1 Operação de Fresamento revisão 6 6 1 Operação de fresamento 11 Introdução O levantamento histórico indica que a operação de fresamento surgiu em 1918 A fresadora ou máquina de fresar é a máquina cuja ferramenta possui movimento de rotação e que permite movimentar a peça em um dois três ou mais eixos lineares ou giratórios Sendo assim temse uma máquina elaborada para execução facilitada de peças prismáticas ao contrário do torno que executa principalmente peças rotacionais perfil de revolução 12 Tipos de fresadoras Podese classificar as fresadoras de diversas formas sendo as principais classificações as que levam em consideração o tipo de avanço a estrutura a posição do eixoárvore em relação a mesa de trabalho e a sua aplicação Temse Quanto ao avanço Manual Automático hidráulico ou elétrico Quanto à estrutura De oficina também chamada de ferramenteira maior flexibilidade De produção maior produtividade Quanto a posição do eixoárvore Vertical eixo árvore perpendicular a mesa Horizontal eixo árvore paralelo a mesa Universal pode ser configurada para vertical ou horizontal Omniversal universal com a mesa que pode ser inclinada Duplex dois eixosárvore simultâneos Triplex Multiplex Especiais Quanto a aplicação Convencional Pantográfica fresadora gravadora Chaveteira específica para fazer chavetas internas eou externas Dentadora específica para usinar engrenagens Copiadora o apalpador toca um modelo e a ferramenta o reproduz na peça revisão 6 7 A figura 11 ilustra de forma esquemática uma fresadora horizontal uma fresadora vertical e uma fresadora duplex com os dois eixosárvore horizontais Podese destacar que na configuração duplex poderseia ter um eixo horizontal e outro vertical ou ainda os dois eixos na vertical Figura 11 Fresadora horizontal fresadora vertical fresadora duplex 13 Operações básicas As fresadoras são capazes de executar diversos tipos de operações dependendo de sua configuração acessórios e ferramentas Podese citar Superfícies planas planas inclinadas curvas e irregulares figura 12 Canais simples em T cauda de andorinha figura 13 Eixos com seção regular figura 14 Furos figura 15 Cavidades poligonais e circulares figura 16 Rasgos de chaveta figura 17 Engrenagens e cremalheiras figura 18 Figura 12 Superfícies plana curva convexa e côncava e complexa revisão 6 8 Figura 13 Canais Figura 14 Eixos Figura 15 Furação Figura 16 Cavidades bolsões Figura 17 Rasgos de chaveta Figura 18 Engrenagens e cremalheiras revisão 6 9 14 Principais partes Por existirem diversos modelos de fresadoras as partes principais de uma destas máquinas podem variar de uma configuração para outra Desta forma serão detalhadas os principais componentes de uma fresadora omniversal de produção que pode ser observada na figura 19 Base É o componente responsável por suportar toda a máquina e muitas vezes funciona também como reservatório de fluido refrigerante Normalmente os apoios possuem ajustes para nivelamento da máquina no piso Coluna É a estrutura principal da máquina Costuma ser o alojamento do sistema de acionamento e também dos motores Possui as guias barramento do movimento vertical Console Desliza pelas guias da coluna realizando o movimento vertical da peça Aloja os mecanismos de acionamento da sela e da mesa Possui as guias do movimento horizontal transversal Sela Na omniversal dividese em duas partes denominadas sela inferior e sela superior A sela inferior desliza pelas guias do console realizando o movimento horizontal transversal A sela superior gira em um plano horizontal em relação a sela inferior permitindose inclinar a peça A sela superior possui as guias do movimento horizontal longitudinal Mesa Desliza pelas guias da sela superior realizando o movimento horizontal longitudinal Possui rasgos em T para fixação das peças e acessórios e canalizar o fluxo de fluido refrigerante de volta ao reservatório Torpedo É a estrutura montada sobre a coluna Sua finalidade é a de receber o suporte do mandril quando a fresadora estiver na configuração horizontal e com ferramenta longa Quando utilizase a configuração vertical o torpedo é deslizado para trás Cabeçote vertical Dispositivo que fixase na coluna da fresadora e conectase ao eixoárvore alterando a configuração de horizontal para vertical Árvore É o eixo que recebe a potência do motor e fornece o movimento de giro para a ferramenta Pode ser acionada através de correia eou engrenagens que permitem o ajuste de algumas velocidades de rotação Pode girar nos dois sentidos Normalmente em sua extremidade há um cone ISO ou Morse para fixação direta de ferramentas ou de mandril porta ferramentas revisão 6 10 Figura 19 Configurações e principais componentes de uma fresadora omniversal Na fresadora ferramenteira normalmente de configuração vertical não costuma haver o console pois o movimento vertical é realizado pelo próprio eixo árvore revisão 6 11 15 Principais acessórios Os principais acessórios utilizados em operações de fresamento relacionamse à fixação da peça na mesa de trabalho São eles Parafusos e grampos de fixação figura 110 Calços figura 111 Cantoneiras de angulo fixo ou ajustável figura 112 Morsas figura 113 Mesa divisora figura 114 Divisor universal e contraponto figura 115 Figura 110 Parafusos e grampos de fixação Figura 111 Calços Figura 112 Cantoneiras de ângulo fixo e ajustável revisão 6 12 Figura 113 Morsas Figura 114 Mesa divisora Figura 115 Divisor universal e contraponto É muito importante ressaltar que a instalação de alguns acessórios na mesa de trabalho da fresadora devem ser realizadas com muita atenção para evitar erros dimensionais na usinagem O exemplo clássico é a instalação de uma morsa Após sua fixação na mesa devese fazer o seu alinhamento com o auxílio de um relógio comparador apalpando o seu mordente fixo que deverá ficar paralelo ao movimento da mesa Também é necessário verificar se não há cavacos que mantenham a morsa ligeiramente inclinada no plano paralelo ao chão revisão 6 13 Um outro conjunto de acessórios de grande importância está relacionado com a fixação das ferramentas Como já foi mencionado o eixo árvore possui em sua extremidade um cone e chavetas Neste cone podese fixar um mandril ou uma ferramenta de haste cônica Para garantir a fixação utilizase uma haste roscada que atravessa a árvore As chavetas evitam o deslizamento Há ferramentas de haste cônica que podem ser fixadas diretamente no cone de fixação do eixoárvore que pode ser Morse menor esforço ou Iso maior fixação Normalmente se tratam de ferramentas relativamente grandes Para fixarse ferramentas menores que possuem outra dimensão de cone utilizase um mandril adaptador como mostrado pela figura 116 Nesta mesma figura podese observar na ponta do mandril a rosca onde fixase a haste roscada Figura 116 Mandril adaptador para ferramentas de haste cônica Com relação ao mandril podese ter três tipos universal Jacobs portapinça e porta ferramenta O mandril universal é muito utilizado em furadeiras manuais mas também pode ser utilizado em fresadoras mas com ressalvas Só podem ser fixadas ferramentas de haste cilíndrica e cujo esforço não seja elevado pois a pressão de fixação não será suficiente A figura 117 apresenta um mandril Jacobs Figura 117 Mandril universal tipo Jacobs revisão 6 14 O mandril portapinça possui modo de trabalho similar ao Jacobs mas permite uma força de fixação maior Também é indicado para ferramentas de haste cilíndrica A pinça é uma peça única com um furo central no diâmetro da haste a ser fixada e com diversos cortes longitudinais que lhe dão uma flexibilidade de fechar este furo em alguns décimos de milímetro Este mandril é composto de duas partes A primeira que é o mandril propriamente dito possui uma cavidade que receberá a pinça Esta cavidade possui uma superfície cônica de igual formato da pinça A segunda parte é denominada de porca e é rosqueada no mandril A figura 118 ilustra um mandril portapinça e dois modelos de pinça Durante o rosqueamento a porca força a pinça a entrar na cavidade do mandril e devido a forma cônica obriga a pinça a se fechar e fixar a ferramenta Figura 118 Mandril porta pinça e dois modelos de pinças Para ferramentas de maior porte e consequentemente maios esforço de usinagem é necessário uma maior garantia de que não haja um deslizamento entre o mandril e a própria ferramenta Nestes casos o mandril possui chavetas que podem ser transversais quando o mandril é curto ou longitudinais A figura 119 apresenta alguns modelos de mandril Figura 119 Alguns modelos de mandril revisão 6 15 A figura 220 apresenta um mandril curto com chaveta longitudinal A figura 121 ilustra o mandril curto com chaveta transversal A figura 122 apresenta um mandril portafresa longo com chaveta longitudinal também denominado de eixo portafresa de haste longa Figura 120 Mandril portafresa curto com chaveta longitudinal Figura 121 Mandril portafresa curto com chaveta transversal Figura 122 Mandril portafresa longo com chaveta longitudinal revisão 6 16 16 Fresas São ferramentas rotativas providas de múltiplos gumes de corte dispostos simetricamente ao redor de um eixo removendo intermitentemente material da peça Esta característica oferece uma grande vantagem das fresas sobre outras ferramentas o menor desgaste Quando os dentes não estão realizando o corte eles estão sendo refrigerados e isto permite que mantenham sua dureza Em muitos casos utilizamse fresas com apenas um gume de corte denominadas popularmente de bailarina Em situações específicas também pode ser necessário o uso de uma disposição não simétrica dos gumes de corte para evitar ressonância As fresas podem ser classificadas de várias maneiras A primeira delas seria quanto a forma geral As fresas podem ser cilíndricas cônicas ou ainda de forma A figura 123 apresenta fresas cilíndricas As ferramentas mais estreitas são também chamadas de fresas de disco enquanto as ferramentas que possuem haste própria são denominadas de fresas de haste ou fresas de topo lado direito da figura Figura 123 Fresas cilíndricas As fresas cônicas ou angulares podem possuir apenas um ângulo como as fresas para encaixes tipo caudadeandorinha ou possuir dois ângulos Neste segundo caso podem ser classificadas como simétricas ângulos iguais ou biangulares ângulos diferentes Normalmente as fresas para cauda de andorinha possuem haste incorporada enquanto as biangulares não A figura 124 ilustra estas ferramentas revisão 6 17 Figura 124 Fresa caudadeandorinha e fresa biangular simétrica As fresas de forma possuem o perfil de seus dentes afiados para gerar superfícies especiais tais como dentes de engrenagem fresa módulo superfícies côncavas ou convexas raios de concordância e outras formas específicas de cada caso e são denominadas fresas especiais Alguns autores classificam as fresas cônicas como fresas de forma As fresas especiais normalmente são fabricadas pela própria empresa que as utiliza no setor denominado de ferramentaria ou são encomendadas em empresas especializadas em ferramentas A figura 125 ilustra algumas fresas de forma Figura 125 Fresa para perfil convexo côncavo dentes de engrenagem e especiais revisão 6 18 Quanto ao sentido de corte a classificação é simples pois trata do sentido de giro da ferramenta observado do lado do acionamento de cima para baixo Temse as fresas de corte à direita horário e as fresas de corte à esquerda antihorário Obviamente esta classificação só se emprega em fresas de haste fixa As fresas que não possuem haste podem normalmente ser fixadas tanto em um sentido como em outro Quanto aos dentes estes podem ser retos helicoidais ou bihelicoidais como mostra a figura 126 Os dentes helicoidais tem como vantagem uma menor vibração durante a usinagem ou seja o corte é mais suave pois o dente não atinge a peça de uma só vez como acontece com os dentes retos Os dentes helicoidais geram uma força axial e para compensar esta força podese recorrer a uma fresa bihelicoidal ou seja uma ferramenta que possui um dente afiado em um sentido e o dente seguinte afiado no sentido inverso Figura 126 Fresas de dentes retos helicoidal e bihelicoidal Mas fresas bihelicoidais só são possíveis em espessuras relativamente pequenas e com ângulos reduzidos de hélice Para possibilitar usinagem de grandes superfícies sem o efeito da força axial devese recorrer a uma montagem de duas fresas de mesmo diâmetro e número de dentes mas com hélices invertidas como na figura 127 Figura 127 Montagem bihelicoidal revisão 6 19 Quanto à construção podese classificar as fresas como inteiriças onde toda a ferramenta é construída de um mesmo material As mais comuns são as de aço rápido e metal duro Há também a fresa calçada onde o corpo da ferramenta é de um material mais simples e os gumes de corte soldados ao corpo são de um material mais nobre como aço rápido ou metal duro Finalmente há as fresas com dentes postiços que são similares as fresas calçadas A diferença é que os dentes de aço rápido metal duro diamante ou cerâmicos podem ser trocados em caso de quebra ou desgaste A figura 128 apresenta exemplos destas fresas Figura 128 Fresa calçada fresa de dentes postiços e detalhe da fixação da pastilha As fresas também podem ser classificadas quanto às faces de corte o número de superfícies com afiação e que definem em que direção a ferramenta pode avançar ou seja se poderá executar uma fresagem tangencial eixo paralelo à peça eou uma fresagem frontal eixo perpendicular à peça Temse fresas de um dois e três cortes A fresa de um corte possui afiação normalmente apenas em sua superfície cilíndrica A fresa de dois cortes possui afiação em uma de suas faces e em sua superfície cilíndrica Uma fresa de três cortes possui afiação nas duas faces e também na superfície cilíndrica A figura 129 ilustra uma fresa de dois cortes Figura 129 Fresa de dois cortes e os sentidos em que pode usinar revisão 6 20 Quanto a aplicação as fresas são classificadas em tipo W α8º β57º e γ25º indicada para materiais de baixa dureza como alumínio bronze e plásticos O tipo N α7º β73º e γ10º é indicada para materiais de média dureza como os aços até 700Nmm2 As fresas do tipo H α4º β81º e γ4º são indicadas para materiais duros como os aços acima de 700Nmm2 A figura 130 apresenta uma comparação entre estas fresas Figura 130 Tipos de fresas Observase que fresas para materiais mais macios podem ter dentes menos resistentes o que significa possuir um ângulo de cunha menor Isto permite colocar menos dentes na ferramenta deixando maior espaço para transportar o cavaco que será removido em grandes quantidades Em uma fresa para materiais de alta dureza cada dente remove pouco material Desta forma é necessário que a fresa possua muitos dentes para que em uma volta remova uma quantidade significativa de material Além disto os dentes deverão ter um ângulo de cunha maior para lhes conferir maior resistência Quanto a fixação podese fresas de haste cilíndrica ou cônica e fresas para mandril com chaveta longitudinal ou transversal A figura 131 apresenta algumas delas Figura 131 Fresas de haste cônica e cilíndrica e de chaveta transversal e longitudinal revisão 6 21 17 Métodos de fresagem Os métodos de fresagem se referem ao movimento relativo entre a peça e a ferramenta Podese ter fresagem discordante concordante ou combinada Fresamento concordante O sentido de rotação da fresa é o mesmo do avanço da peça no ponto de contato O corte iniciase com a espessura máxima do cavaco e a força de corte tende a apertar a peça contra a mesa É a forma menos indicada de fresamento e está apresentada na figura 132 Figura 132 Fresamento concordante A maioria das fresadoras trabalha com o avanço da mesa baseado em porcaparafuso que com o tempo e desgaste apresentam uma folga No movimento concordante esta folga é empurrada pelo esforço de corte Desta forma a mesa pode executar movimentos irregulares que poderão prejudicar o acabamento da peça e até mesmo quebrar os dentes da fresa Fresamento discordante Nesta situação o sentido de rotação da fresa é contrário ao sentido de avanço da peças no ponto de contato Isto faz com que o corte do cavaco se inicie com a espessura mínima A força de corte tende a levantar a peça da mesa Se a peça for longa e estiver presa pelas extremidades poderá gerar vibrações indesejadas A figura 133 ilustra este método de fresamento Figura 133 Fresamento discordante revisão 6 22 Este tipo de fresamento costuma desgastar um pouco mais a ferramenta Como o corte iniciase com pouca espessura o início do corte é difícil Na realidade o gume de corte começa encruando o material a ser cortado até que sejam superadas as deformações elásticas e realmente iniciese o cisalhamento do material Este encruamento eleva localmente a dureza fazendo com que o desgaste seja um pouco mais elevado Neste método de fresamento não há influência da folga entre porcaparafuso fazendo com que o movimento da mesa seja mais uniforme gerando melhor acabamento Fresamento combinado Ocorre quando a fresa tem seu eixo dentro do campo de corte da peça Desta forma parte do corte ocorre através da fresagem concordante e parte através da discordante A figura 134 apresenta este método de fresamento Figura 134 Fresamento combinado 18 Fluidos de corte As finalidades dos fluidos de corte ou fluidos refrigerantes são basicamente quatro refrigeração lubrificação proteção e limpeza Como refrigerante o fluido de corte atua sobre a peça para evitar sua dilatação e com isto permitir a obtenção da precisão dimensional Na ferramenta a refrigeração é importante para manter as características de resistência e dureza Como lubrificante o fluido de corte facilita o deslizamento do cavaco sobre a ferramenta e diminui o atrito entre a peça e a ferramenta Evita o aparecimento da aresta postiça reduz o coeficiente de atrito na região ferramentacavaco e diminui a solicitação dinâmica da máquina Sua ação como protetor contra oxidação é também de grande importância O fluido de corte protege a tanto peça como a ferramenta dos efeitos da oxidação A própria máquina terá as suas partes em contato com o fluido de corte protegidas destes efeitos revisão 6 23 A ação de limpeza referese à remoção do cavaco quando o fluido de corte é aplicado em forma de jato Isto evita danos na superfície já usinada que poderia ficar com seu acabamento comprometido com um constante atrito Também pode evitar a quebra dos dentes da fresa Tipos de fluidos de corte Apesar de genericamente designados como fluidos de corte os materiais que podem cumprir as funções descritas podem ser sólidos líquidos e gasosos A preferencia pelos líquidos está no fato de executarem todas as tarefas citadas enquanto os sólidos só reduzem o atrito e os gases apenas refrigeram e removem o cavaco Como exemplos de gases podese citar a utilização de ar comprimido refrigerado dióxido de carbono CO2 ou geloseco e nitrogênio Os materiais sólidos mais utilizados são o grafite e o bissulfeto de molibdênio O grande grupo dos fluidos de corte líquidos é dividido em três categorias óleos de corte integrais óleos emulsionáveis e sintéticos Os integrais não são misturados com água são formados por óleos minerais derivados do petróleo óleos graxos de origem animal ou vegetal óleos compostos mineral graxos óleos sulfurados com enxofre e clorados com cloro na forma de parafina clorada Os óleos emulsionáveis ou solúveis são formados por óleos minerais solúveis em água e óleos solúveis de extrema pressão EP Para se conseguir a mistura de água e óleo utilizase agentes emulsificadores sabões e detergentes que ajudam a formar as gotículas de óleo que ficam dispersas na água Quanto menor estas gotículas de óleo melhor a emulsão Os fluidos de corte químicos ou sintéticos são compostos por misturas de água com agentes químicos como aminas nitritos fosfatos boratos sabões glicóis germicidas e agentes umectantes Os óleos minerais são a base da maioria dos fluidos de corte A ele são acrescentados aditivos para melhorar as suas características em determinadas situações Os mais utilizados são os antioxidantes impedem que o óleo se deteriore quando em contato com o oxigênio do ar e os agentes EP evitam o rompimento da fina película de óleo entre a peça e a ferramenta Outros aditivos que devem ser citados são antiespumantes biocidas e anticorrosivos biodegradáveis revisão 6 24 19 Parâmetros de usinagem São diversos os parâmetros de usinagem que devese conhecer na operação de fresamento Temse Velocidade de corte Vc mmin A velocidade de corte depende do material a ser usinado e do material da ferramenta Este valor normalmente é tabelado pelos fabricantes de ferramentas Rotação da ferramenta n rpm A rotação da ferramenta é responsável pela velocidade de corte e depende também do seu diâmetro d Temse a seguinte relação dmm n rpm Vc mmin 1000 π 11 Velocidade de avanço va mmmin Depende da área de material removido A resistência específica do material da peça re potência de usinagem Pu capacidade de remoção de material de cada aresta cortante az o número de arestas de corte Z e também da rotação da ferramenta n Tendo como referência a potência disponível para a usinagem podese calcular a velocidade de avanço máxima suportada pela máquina Este valor é obtido pela seguinte relação mm2 er kg mm2 A PuCV 751000 60 va mm min 12 A velocidade de avanço pode ser obtida através de uma outra característica da ferramenta que é o avanço por dente az que mostra qual a quantidade máxima de material que pode ser removida por uma aresta de corte Por meio deste valor e do número de arestas cortantes da ferramenta Z tornase possível calcular o avanço por volta azmm dente Z avmm volta 13 Com o valor do avanço por volta obtido anteriormente e o valor da rotação da ferramenta podese calcular a velocidade de avanço máxima permitida pela ferramenta tomando como referência a capacidade de remoção do cavaco revisão 6 25 avmm volta nrpm vamm min 14 Resistência de corte do material re kgmm2 Esta variável também é chamada de pressão específica de corte Depende da resistência à tração do material que pode ser facilmente obtida pelo fabricantefornecedor tabelas A relação utilizada para obter este valor é r kgmm2 re kgmm2 3 a 4 σ 15 Potência de usinagem Pu CV É uma porcentagem da potência do motor de acionamento Pm Depende do rendimento do sistema de transmissão da máquina que por sua vez depende do tipo de transmissão que pode ser por correia ou por engrenagens O próprio rendimento do motor também influi no resultado Temse maquina correia motor Pu CV Pm CV η η η 16 Para o caso de uma máquina que não utiliza correia utilizar a relação acima sem sua respectiva componente Além disto devese verificar com atenção as unidades em questão A relação que permite realizar a conversão de unidades é PkW 136 PCV 17 Volume de cavaco removido V cm3min Em grandes produções tornase importante planejar a freqüência com que se deve retirar os cavacos da máquina para que não cause acidentes e atrasos na fabricação Para isto devese calcular a quantidade de material removida na operação o que pode ser realizado pela relação 1000 p mm b mm vamm min Vcm3 min 18 Força de corte Fc Kgf A força de corte depende da potência de usinagem Pu e da velocidade de corte Vc Pode ser calculada pela relação Vcm min PuCV75 60 Fckgf 19 revisão 6 26 Momento torçor Mt kgfmm O cálculo do momento torçor envolve a força de corte e o diâmetro da ferramenta através da sequinte relação 2 Fckgf dmm M t kgfmm 110 Resistência ao avanço R kgf A resistência ao avanço pode ser calculada por Fckgf 41 Rkgf 111 Tempo de corte Tc min O tempo de corte é um dos principais parâmetros analisados quando o objetivo é a otimização do processo De forma geral temse a seguinte relação vamm min espaço mm Tc min peça 112 A variável espaço deve ser analisada em cada situação A figura 135 apresenta um esquema geral para a usinagem de um canal que atravessa a peça Podese considerar que o espaço é a soma do comprimento da peça mais o diâmetro da ferramenta desconsiderandose as folgas inicial e final Se o canal não atravessasse todo o comprimento da peça então o espaço seria o próprio comprimento do canal posição inicial posição final comprimento da peça cp R R Figura 135 Espaço para um canal É comum também ter situações onde a usinagem da peça envolva diferentes velocidades de corte em diferentes etapas Neste caso será necessário calcular o tempo de corte de cada uma destas etapas e somalas revisão 6 27 Tempo unitário T1 minpeça É o tempo total gasto por uma peça Calculase por meio da soma do tempo de corte Tc com o tempo de preparação da peça Tp como mostra a seguinte relação Tpmin Tcmin T 1min 113 Produtividade Pr peçasmin A produtividade definida como peçasminuto ou outra unidade de tempo também é utilizada como parâmetro na otimização do processo facilitando a comparação entre máquinas É simplesmente o inverso do tempo de corte Tc min peça 1 Pr peça min 114 Tempo do lote TL hs É o tempo gasto para se usinar um lote de peças Depende do tempo unitário T1 da quantidade de peças do lote Q e do número de máquinas que processarão o lote nmaq nmaq 60 1minQ T TL hs 115 Exercício 1 Com uma fresa disco desejase usinar um canal de 5 mm de profundidade em uma peça de 200 mm de comprimento e de material 65 kgfmm2 A velocidade de corte recomendada pelo fabricante da ferramenta é 14 mmin Será utilizada uma fresadora horizontal com motor de 3 kW 95 de rendimento Estimase o rendimento da máquina em 95 As características da fresa são 150 mm de diâmetro 35 mm de largura 24 arestas cortantes e 054 mm de avanço por dente Calcule a velocidade de avanço e o tempo de corte Podese realizar alguma melhoria revisão 6 28 Exercício 2 Desejase fresar um lote de 7500 peças de aço cuja resistência específica de corte é de 280 kgmm2 com 350 mm de comprimento 15 mm de altura e 50 mm de largura A operação consiste de um bolsão centrado na face superior da peça com largura de 35 mm 250 mm de comprimento e profundidade de 5 mm As fresas compradas para esta operação são de topo com 4 pastilhas de metal duro diâmetro de 25 mm velocidade de corte de 70 mmin e avanço por dente de 013 mm Estão disponíveis três fresadoras verticais para esta usinagem sendo a fresadora Fr1 com potência de 1 kw Fr2 com 3 kw e Fr3 com 5 kw A decisão do processista é sempre realizar a abertura do bolsão em apenas uma passada e na maior velocidade de avanço possível para não perder tempo Qual o tempo de usinagem horas e minutos do lote considerando o tempo de setup entre peças de 40 segundos em média Obs A peça já possui um furo inicial em um dos cantos do bolsão Exercício 3 Desejase fresar um lote de 500 peças de aço de resistência específica de corte de 250 kgmm2 com 100 mm de comprimento 100 mm de largura e 45 mm de altura A operação consiste na abertura de um bolsão circular centrado na face maior da peça com diâmetro de 54 mm e profundidade de 5 mm As fresas compradas para esta operação são de topo inteiriças de metal duro com 2 gumes de corte diâmetro de 14 mm velocidade de corte de 40 mmin e avanço por dente de 010 mm Serão utilizadas duas fresadoras verticais para a usinagem do lote ambas com potência útil de 03 CV De acordo com o processo de fabricação elaborado a posição inicial da ferramenta será no centro da peça a 1 mm da face O material do bolsão será revisão 6 29 removido em duas etapas de 25 mm de profundidade A velocidade de avanço de aprofundamento será de 14 da velocidade de avanço normal A abertura do diâmetro do bolsão será executada em dois passes de igual tamanho Deverá ser utilizada a maior velocidade de avanço possível A velocidade de retorno para o centro do bolsão e a velocidade de subida da ferramenta serão ajustadas para 300 mmmin Observe que as posições inicial e final da ferramenta são as mesmas Qual o tempo de usinagem horas e minutos do lote considerando o tempo de setup entre peças de 29 segundos em média 54 5 Exercício 4 Devese fresar em 32 horas 4 dias de 8 horas um lote de 3000 peças de aço de resistência específica de corte de 390 kgmm2 A operação consiste de um bolsão circular com diâmetro de 75 mm e profundidade de 12 mm As fresas são de topo interiças de metal duro com 2 gumes de corte diâmetro de 30 mm velocidade de corte de 80 mmin e avanço por dente de 015 mm De acordo com o processo de fabricação elaborado a posição inicial da ferramenta será no centro da peça a 1 mm da face O material do bolsão será removido em etapas de 4 mm de profundidade A velocidade de avanço de aprofundamento será de 13 da velocidade de avanço normal Deverá ser utilizada a maior velocidade de avanço possível A velocidade de retorno para o centro do bolsão após cada etapa e a velocidade de subida da ferramenta será ajustada para 500 mmmin Observe que as posições inicial e final da ferramenta são as mesmas Considerando que o tempo de troca de peças está estimado em 40 segundos planejar que máquinas serão utilizadas potência e quantidade revisão 6 30 110 Divisor universal O divisor universal também conhecido como cabeçote divisor é um dos principais acessórios da fresadora Sua finalidade é a de dividir uma circunferência em n partes iguais Sendo assim podese usinar peças com seções na forma de polígonos regulares quadrados hexágonos etc executar sulcos regularmente espaçados canais de lubrificação dentes de engrenagem etc usinar cavidades circulares etc Os modos de divisão são três divisão direta divisão indireta e divisão diferencial 1101 Divisão direta Esta forma de divisão recebe este nome pois é executada diretamente no eixo onde está fixada a peça É a forma mais simples e limitada A figura 136 ilustra este divisor Utiliza um disco perfurado denominado disco divisor que possui o número de furos necessários para girar a peça e executar a divisão desejada Figura 136 Divisor universal para divisão direta O disco divisor pode conter mais de uma carreira de furos e furos em ambas as faces de modo a ter maior flexibilidade pois só é permitida a divisão em números que sejam submúltiplos do número de furos de cada carreira Por exemplo supondo um disco que tenha uma carreira de 24 furos podese executar as seguintes divisões 2 3 4 6 8 12 e 24 Exemplo desejase usinar na ponta de um eixo cilíndrico de diâmetro 50 mm um quadrado centrado de 25 mm de lado Será utilizado um divisor universal de divisão direta com disco de 24 furos A fresadora é vertical e deverá ser utilizada uma fresa de topo de 30 mm de diâmetro Escreva um roteiro de execução da peça revisão 6 31 1102 Divisão indireta A divisão indireta faz uso de uma relação de transmissão por meio de parafuso semfim e coroa como mostra a figura 137 Como a divisão não ocorre diretamente no eixo onde a peça é fixada esta divisão recebeu o nome de indireta Figura 137 Detalhe da transmissão do divisor universal Este sistema permite obter uma maior série de divisões com o mesmo disco divisor Podese tomar como exemplo de disco divisor um que possui as seguintes carreiras de furos face A 15 18 20 23 27 31 37 41 e 47 e face B 16 17 19 21 29 33 39 43 e 49 O parafuso semfim é comandado por uma manivela ou manípulo que contém um pino que ajustase aos furos do disco divisor Por sua vez o semfim comanda uma coroa que está ligada diretamente à árvore onde fixase a peça A relação de transmissão i depende do número de entradas do parafuso semfim esf e do número de dentes da coroa dc através da seguinte relação dc i esf 116 É comum encontrar esta relação como sendo 140 e na prática falase que a constante K do divisor é 40 Ou seja são necessárias 40 voltas da manivela para que a árvore execute uma volta Portanto para calcular o giro da manivela G para se executar o número de divisões desejadas n utilizase a seguinte relação revisão 6 32 n G K 117 O giro da manivela indica o número de voltas que deverão ser dadas e também a carreira de furos a ser utilizada Quando mais de uma carreira de furos possibilitar a divisão devese optar pela maior mais externa ao disco que fornece maior precisão Exemplos Calcule o giro da manivela para 8 20 5 80 3 12 6 51 67 1103 Divisão diferencial Quando não há maneira de utilizar a divisão indireta devese optar pela divisão diferencial Nesta divisão realizase o cálculo para um número de divisões aproximado n do número desejado n Devido a esta diferença de valores a divisão recebeu o nome diferencial n K G 118 Para corrigir esta diferença é necessário calcular um trem ou grade de engrenagens que faça uma compensação Este trem de engrenagens é conectado entre a árvore e o disco divisor como mostra a figura 138 Este trem de engrenagens é conhecido como trem diferencial Figura 138 Montagem do trem diferencial no divisor universal revisão 6 33 Enquanto girase a manivela o disco também gira só que de forma praticamente imperceptível Este trem de engrenagens é esquematizado pela figura 139 Do lado esquerdo temse o trem simples e do direito o trem composto Podese calcular o trem através da relação Zc Zdisco arvore Zb Z Zdisco Zarvore n n n K i 119 Figura 130 Esquemas de montagem do trem diferencial A figura 140 mostra em detalhes todas as engrenagens internas e o trem simples montado no divisor universal A figura 141 mostra o mesmo esquema mas com a montagem do trem composto em uma vista de topo Figura 140 Esquema geral com a montagem de um trem simples Zárvore Zdisco intermediária revisão 6 34 Figura 141 Esquema geral com a montagem de um trem composto Girase a manivela que aciona o parafuso semfim que gira a coroa O eixo da coroa gira a peça e também gira a primeira engrenagem do trem diferencial A última engrenagem do trem diferencial irá girar o disco através de um conjunto interno de engrenagens Observação importante se i0 então o disco deverá girar no mesmo sentido da manivela n n Se n n então teremos i0 e o disco deverá girar no sentido inverso ao da manivela Portanto após a montagem do trem diferencial devese realizar uma verificação para confirmar os sentidos de giro e se necessário corrigilo através da engrenagem intermediária A figura 142 ilustra esta situação Figura 142 Utilização de engrenagem intermediária Para a montagem do trem diferencial estão disponibilizadas engrenagens com os seguintes números de dentes 20 24 28 32 40 44 48 52 56 60 64 72 80 86 100 Exemplos calcule os dados necessários para executar 51 67 e 127 divisões revisão 6 35 1104 Execução de hélices Outra capacidade importante do divisor universal é possibilitar a usinagem helicoidal Para se fresar uma hélice é necessário que a ferramenta ou a mesa sejam inclinadas de um certo ângulo em relação a peça Além disto é necessário que a peça gire enquanto ocorre o avanço Para que isto seja possível conectase o fuso da mesa ao divisor universal através de um trem de engrenagens denominado de trem helicoidal que pode ser simples ou composto como mostra a figura 143 Figura 143 Trem helicoidal simples e composto Para se executar hélices à direita devese girar a mesa no sentido antihorário ou seja empurrar o lado direito da mesa Para hélices à esquerda fazse o contrário Além disto é necessário sincronizar o movimento de giro fornecido pelo trem de engrenagens Sendo assim após sua montagem devese verificar a necessidade ou não do uso de uma engrenagem intermediária Para executar a usinagem de uma hélice é necessário conhecer o passo da hélice Ph ângulo da hélice ϕ o passo do fuso Pf o diâmetro externo da peça d e o valor da constante do divisor K As seguintes relações envolvem estas variáveis Inclinação entre peça e ferramenta ϕ 120 Passo da hélice tg d Phélice ϕ π 121 Trem helicoidal Ze Zfuso disco Zc Z Zfuso Zdisco Pfuso K i Phélice 122 revisão 6 36 A figura 144 ilustra a instalação das engrenagens do trem helicoidal no divisor universal e também um esquema com as engrenagens internas Para entender a seqüência de eventos envolvida podese observar a figura 145 O fuso move a mesa e aciona a primeira engrenagem do trem helicoidal A última engrenagem do trem helicoidal irá girar o disco A manivela gira junto com o disco pois o pino está encaixado Como a manivela gira a peça gira Figura 144 Montagem do trem helicoidal composto Figura 145 Esquema de acionamento do trem helicoidal Exemplo realize os cálculos necessários para executar três canais helicoidais à direita de passo 400 mm A peça é cilíndrica de 42 mm de diâmetro A fresadora possui passo de fuso de 4 mm e divisor com constante 40 A profundidade do canal deve ser de 4 mm bem como sua largura revisão 6 37 111 Fresamento de engrenagens A fabricação de engrenagens com fresa de forma só é empregada em pequenas produções e em manutenção devido ao alto tempo necessário à sua fabricação e também por não gerar um perfil perfeito necessário em aplicações mais exigentes A ferramenta utilizada é a chamada fresa módulo Para cada módulo existe um conjunto de fresas onde cada fresa é responsável por uma faixa de dentes Até módulo 10 o conjunto é formado por 8 fresas como mostra a tabela 11 A figura 146 ilustra a forma geral que o perfil das fresas módulo possuem Fresa número 1 2 3 4 5 6 7 8 Dentes 12 e 13 14 à 16 17 à 20 21 à 25 26 à 34 35 à 54 55 à 134 135 à Tabela 11 Conjunto de engrenagens para módulos até 10 Figura 146 Forma geral do perfil das fresas módulo Para módulos entre 11 e 20 cada conjunto possui 15 fresas como mostrado pela tabela 12 Para módulos acima de 20 cada conjunto possui 26 fresas tabela 13 revisão 6 38 Fresa número 1 1 ½ 2 2 ½ 3 3 ½ 4 4 ½ Dentes 12 13 14 15 e 16 17 e 18 19 e 20 21 e 22 23 à 25 Fresa número 5 5 ½ 6 6 ½ 7 7 ½ 8 Dentes 26 à 29 30 à 34 35 à 41 42 à 54 55 à 79 80 à 134 135 à Tabela 12 Conjunto de engrenagens para módulos 11 até 20 Fresa número 1 1 ½ 2 2 ¼ 2 ½ 3 3 ¼ 3 ½ 3 ¾ Dentes 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Fresa número 4 4 ¼ 4 ½ 4 ¾ 5 5 ¼ 5 ½ 5 ¾ 6 Dentes 21 22 23 24 e 25 26 e 27 28 e 29 30 e 31 32 à 34 35 à 37 Fresa número 6 ¼ 6 ½ 6 ¾ 7 7 ¼ 7 ½ 7 ¾ 8 Dentes 38 à 41 42 à 46 47 à 54 55 à 65 66 à 79 80 à 102 103 à 134 135 à Tabela 13 Conjunto de engrenagens para módulos acima de 20 1111 Fresamento de cremalheira de dentes retos Para o fresamento de uma cremalheira de dentes retos utilizase sempre a fresa número 8 135 do módulo desejado Apesar de muito simples não é qualquer fresadora que é capaz de realizar esta operação pois o eixo da ferramenta deverá ser posicionado em paralelo com o eixo da mesa O passo é dado pelo movimento da mesa longitudinal A figura 147 ilustra os dados geométricos principais Temse as seguintes relações envolvidas Altura do dente h 2 166 M Passo π M p Espessura a 6 10 M b Figura 147 Dados geométricos de uma cremalheira revisão 6 39 1112 Fresamento de cremalheira de dentes helicoidais As diferenças entre o fresamento de cremalheiras de dentes helicoidais para dentes retos está na inclinação entre a peça e a ferramenta As relações envolvidas são as seguintes Altura do dente h 2 166 M Passo π M p Inclinação da mesa α ϕ 90 Espessura a 6 10 M b 1113 Fresamento de engrenagens cilíndricas de dentes retos Para usinar uma engrenagem cilíndrica de dentes retos devese conhecer a altura do dente h o número de dentes Z e o módulo M As demais informações podem ser obtidas das seguintes relações Altura do dente h 2 166 M Diâmetro externo 2 M Z dext Diâmetro primitivo M Z dp Diâmetro interno 2 h dext dint Espessura do dente a 6 10 M b Distância entre centros 2 Z2 M Z1 a Exemplo realizar os cálculos necessários para fresar uma engrenagem de dentes retos com os seguintes dados 53 dentes módulo 3 espessura de 24 mm e furo de centro de 12 mm Em seguida preencha o roteiro de execução Cálculo do diâmetro externo MZ 2 dext Cálculo da altura do dente profundidade de usinagem H 2166 M Cálculo do giro da manivela G K n revisão 6 40 Roteiro de execução de engrenagem cilíndrica com dentes retos a Preparar a matériaprima Em um torno usinar um disco do material solicitado com diâmetro de mm espessura de mm e furo de centro de mm b Preparar a fresadora na configuração horizontal com dispositivo divisor universal e contra ponto Instalar fresa módulo número c Fixar a matériaprima no eixo acessório e fixar o eixo na placa do divisor universal e contra ponto d Centrar a fresa em relação à matériaprima por meio da manivela responsável pelo movimento horizontal transversal e Ajustar a profundidade de corte do primeiro passe em mm Este processo consiste em tocar a fresa na matériaprima e zerar o colar do movimento vertical Afastase então a fresa com o movimento horizontal longitudinal e aplicase a profundidade desejada novamente com o movimento vertical f Selecionar a face do disco divisor que tenha uma carreira de furos Ajustar a manivela para esta carreira de furos g Ajustar o compasso do divisor universal para um intervalo de furos h Instalar o trem diferencial sendo Za Zb Zc e Zd i Verificar se disco e manivela giram j Ajustar a rotação da fresa para rpm e avanço automático para mmmin k Ligar rotação da fresa e em seguida o avanço automático l Quando o vão estiver usinado desligar o avanço automático e retornar manualmente a fresa para a posição inicial Girar a manivela em e retornar ao item anterior até usinar toda a engrenagem m Aplicar a próxima profundidade de usinagem e voltar ao item i até que a engrenagem esteja totalmente usinada revisão 6 41 1114 Fresamento de engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais A usinagem de engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais é bastante similar à usinagem de dentes retos sendo basicamente diferente a seleção da fresa e a inclinação entre a peça e a ferramenta A relações matemáticas envolvidas são as seguintes Inclinação da mesa α ϕ 90 Altura do dente h 2 166 M Módulo circunferencial cosϕ M Mc Diâmetro externo ϕ 2 cos Z M dext Diâmetro primitivo Mc Z dp Diâmetro interno 2 h dext dint Espessura do dente b 18 Mc Distância entre centros 2 Z2 Mc Z1 a Número virtual de dentes 3 cos Z Z ϕ O módulo circunferencial também é chamado de módulo frontal O cálculo do passo da hélice necessário para definir o trem helicoidal possui duas pequenas diferenças com relação à usinagem de demais hélices Devese utilizar o diâmetro primitivo ao invés do diâmetro externo e não se calcula o passo da hélice e sim uma faixa onde este valor se encontra Desde que as especificações da engrenagem não digam ao contrário o ângulo do dente helicoidal pode variar de 10 Para demais hélices fresas brocas etc normalmente o valor tem tolerância de 20 Sendo assim a equação passa a ser 10 tg p d Ph ϕ π 10 tg p d Ph ϕ π Passo da hélice Inteiro Ph Ph Ph Inteiro 1 Exemplo realize os cálculos necessários para a usinagem de uma engrenagem cilíndrica de dentes helicoidais à esquerda com 19 dentes módulo 2 ângulo de 45º 40 mm de espessura e furo central de 12 mm Preencha em seguida o roteiro de execução revisão 6 42 Cálculo do ângulo ϕ inclinação da mesa α ϕ 90 Cálculo do diâmetro externo 2 M cos Z dext ϕ Cálculo da altura do dente profundidade de usinagem H 2 166 M Seleção da fresa módulo 3 cos Z Z ϕ Cálculo do diâmetro primitivo cosϕ M Mc Z Mc dp Cálculo do giro da manivela n G K Cálculo do intervalo do passo da hélice ϕ π tg p d Phelice revisão 6 43 Cálculo do trem helicoidal Ze Zfuso disco Zc Z Zfuso Zdisco Pfuso K Phelice i a Preparar a matériaprima Em um torno usinar um disco do material solicitado com diâmetro de mm espessura de mm e furo de centro de mm b Preparar a fresadora na configuração horizontal com dispositivo divisor universal e contra ponto Instalar fresa módulo número c Fixar a matériaprima no eixo acessório e fixar o eixo na placa do divisor universal e contra ponto d Centrar a fresa em relação à matériaprima por meio da manivela responsável pelo movimento horizontal transversal e Ajustar a profundidade de corte do primeiro passe em mm Este processo consiste em tocar a fresa na matériaprima e zerar o colar do movimento vertical Afastase então a fresa com o movimento horizontal longitudinal e aplicase a profundidade desejada novamente com o movimento vertical f Inclinar a mesa em graus empurrando o lado da mesa g Selecionar a face do disco divisor que tenha uma carreira de furos Ajustar a manivela para esta carreira de furos h Soltar o disco divisor i Ajustar o compasso do divisor universal para um intervalo de furos revisão 6 44 j Instalar o trem helicoidal sendo Zd Zc Ze e Zf Verificar se o sincronismo está correto Se não estiver devese instalar uma engrenagem intermediária k Ajustar a rotação da fresa para rpm e avanço automático para mmmin l Ligar rotação da fresa e em seguida o avanço automático m Quando o vão estiver usinado desligar o avanço automático e retornar manualmente a fresa para a posição inicial Girar a manivela em e retornar ao item anterior até usinar toda a engrenagem n Aplicar a próxima profundidade de usinagem e voltar ao item i até que a engrenagem esteja totalmente usinada