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Fresadora - Fresadora
Tipologia: Notas de estudo
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O fresamento é um processo para a obtenção superfícies usinadas pela remoção
progressiva de uma quantidade pré-determinada de material da peça de trabalho a uma
taxa de movimento ou avanço relativamente baixa mediante a uma ferramenta multicortante, a fresa, que gira a uma alta velocidade. A característica principal do
processo de fresamento é que cada aresta de corte da fresa remove a sua parcela do material na forma de cavacos individuais pequenos. O fresamento se diferencia dos
demais processos de usinagem devido a sua cinemática onde a peça translada e
ferramenta gira. A máquina ferramenta que propicia a operação é a fresadora. Esta operação pode gerar superfícies não planas e não de revolução, ao contrário de alguns
outros processos de usinagem.
As fresadoras são máquinas de movimento contínuo, destinadas a usinagem de materiais, onde se removem os cavacos por meio de uma ferramenta de corte chamada fresa, a operação de retirada de cavacos é chamada de fresameto. Desde que apareceram até hoje, tem apresentado uma evolução construtiva notável que permite uma faixa muito ampla de operações. As fresadoras, para alcançar o maior rendimento, devem ter uma arquitetura que as torne sólidas, porque o mandril porta-fresa é submetido a esforços notáveis de torção, pois a ferramenta ataca, com suas arestas cortantes, um amplo arco de material na superfície das peças. Tais esforços variam também com a intensidade, segundo uma freqüência que pode redundar em vibrações danosas para a máquina, se esta não for suficientemente robusta. A ferramenta de trabalho da fresadora é classificada de fios múltiplos e se poder montar num eixo chamado portafresas. As combinações de fresas de diferentes formas conferem à máquina características especiais e, sobretudo vantagens sobre outras máquinas-ferramenta. Uma das principais características da fresadora é a realização de uma grande variedade de trabalhos tridimensionais. O corte pode ser realizado em superfícies situadas em planos paralelos, perpendiculares, ou formando ângulos diversos: construir ranhuras circulares, elípticas, fresagem em formas esféricas, côncavas e convexas, com rapidez e precisão. Algumas das características que podem nos dar idéia da máquina estão citadas abaixo:
As fresadoras se distinguem pela disposição do eixo árvore e pelas possibilidades de movimento da peça. A fresadora horizontal, mostrada na Fig. 2.1, utiliza a fresa montada sobre em eixo horizontal. É utilizada para trabalho de faceamento na horizontal e para efetuar ranhuras e perfis retilíneos. A ferramenta mais empregada é a fresa cilíndrica.
As fresadoras Faceadoras, mostrada na Fig. 2.5, são usadas no faceamento de peças em grandes lotes. São máquinas muito robustas e de poucos recursos gerais.
Figura 2.5 – Fresadora Faceadora.
A fresadora Duplicadora ou Copiadora, mostrada na Fig. 2.6, é também chamada de máquina fresadora com copiador automático. Ela possibilita o terceiro movimento, que é à operação executada pela contornadora. O gabarito usado nesta máquina deve ser uma réplica em três dimensões da peça a ser executada.
Figura 2.6 – Fresadora Duplicadora ou Copiadora.
São máquinas bem parecidas com fresasadoras convencionais, equipadas com comando numérico. Podem realizar todas as operações possíveis de fresamento e com recurso programado. Além destas capacidades as fresadora possuem grande precisão e repetibilidade. São aplicadas na usinagem de peças seriadas ou não, sendo que não são utilizadas para altas produções devido suas ferramentas serem colocadas individualmente. A fresadora CNC não tem manípulos nem alavancas, mas possui uma tela em um painel repleto de teclas e botões e um grande armário de metal, onde estão localizados os componentes elétricos e eletrônicos que são responsáveis pelo controle da operação da máquina. Entre esses componentes, encontra-se o CNC (comando numérico computadorizado), que é um computador responsável principalmente pelos movimentos da máquina.
Figura 2.7 ― Fresadora CNC.
As principais partes da fresadora são: a) 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; b) 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; c) eixo principal : é um dos órgãos essenciais da máquina, pois serve de suporte à ferramenta e lhe dá movimento. Este eixo recebe o movimento através da caixa de velocidade; d) mesa : é o órgão que sustenta as peças que serão usinadas, diretamente montadas sobre ela ou através de acessórios de fixação (morsa, cantoneira, aparelho divisor, calços reguláveis), razão pela qual a mesa tem ranhuras destinadas a alojar os parafusos de fixação; e) carro transversal : é uma estrutura de ferro fundido de forma retangular, em cuja parte superior se desliga e gira a mesa em um plano horizontal. Na base inferior, por
meio de guias, o carro transversal está acoplado ao suporte da mesa, sobre o qual desliza, por meio de fuso e porca, podendo ser acionado manual ou automaticamente através da caixa de avanços. Um dispositivo adequado pode imobilizá-lo;
f) suporte da mesa : é o órgão que sustenta a mesa e seus mecanismos de acionamento. É uma peça de ferro fundido que se desliza verticalmente no corpo da máquina através de guias, por meio de um parafuso telescópico e uma porca fixa. Quando necessário, para alguns trabalhos, imobiliza-se por meio de um dispositivo de fixação; g) caixa de velocidades do eixo principal : é formada por várias engrenagens que podem acoplar-se com diferentes relações de transmissão, para permitir uma grande variedade de velocidades do eixo principal. Normalmente encontra-se alojada internamente na parte superior do corpo da máquina. O acionamento é independente da caixa de avanço, o qual permite determinar criteriosamente as melhores condições de corte; h) caixa de velocidades dos avanços : é um mecanismo formado por várias engrenagens montadas no interior do corpo da fresadora, próximo a sua parte central. Em geral, recebe o movimento diretamente do acionamento principal da máquina. Através de acoplamentos de rodas dentadas que se deslizam axialmente, podem ser estabelecidas diversas velocidades de avanços. Em algumas fresadoras, a caixa de velocidades dos avanços está colocada no suporte da mesa com um motor especial e independente do acionamento principal da máquina.
Figura 2.8 ― Partes da fresadora.
Figura 2.9 ― Partes da fresadora.
Os principais acessórios utilizados em operações de fresamento relacionam-se à fixação da peça na mesa de trabalho. São elas:
Figura 2.10 - Parafusos e grampos de fixação.
Figura 2.11 – Calços.
Figura 2.12 - Cantoneiras de ângulo fixo ou ajustável.
Figura 2.13 – Morsas.
‘ Figura 2.14 – Mesa divisora.
Figura 2.15 - Divisor universal e contraponto.
mandril e a própria ferramenta. Nestes casos o mandril possui chavetas, que podem ser transversais (quando o mandril é curto) ou longitudinais. A Fig. 2.19 apresenta alguns modelos de mandril.
Figura 2.19 - Alguns modelos de mandril.
A Fig. 2.17 apresenta um mandril curto com chaveta longitudinal. A Fig. 2. ilustra o mandril curto com chaveta transversal. A Fig. 2.20 apresenta um mandril porta- fresa longo com chaveta longitudinal, também denominado de eixo porta-fresa de haste longa.
Figura 2.20 - Mandril porta-fresa curto com chaveta longitudinal.
Figura 2.21 - Mandril porta-fresa curto com chaveta transversal.
Figura 2.22 - Mandril porta-fresa longo com chaveta longitudinal.
São ferramentas rotativas para usinagem de materiais, constituídas por uma série de dentes e gumes, geralmente dispostos simetricamente em torno de um eixo. Os dentes e gumes removem o material da peça bruta de modo intermitente, transformando-a numa peça acabada, isto é, com a forma e dimensões desejadas.
A classificação das fresas pode ser realizada segundo vários critérios.
No fresamento periférico, a superfície usinada, gerada por dentes e gumes localizados na periferia do corpo da ferramenta, situa-se, de modo geral, num plano paralelo ao eixo da fresa. O fresamento periférico ou tangencial usualmente é realizado em fresadoras com eixo árvore na posição horizontal. A largura de corte geralmente é substancialmente maior do que a penetração de trabalho. A superfície usinada é gerada pelo gume principal.
Figura 3.1 – Fresa Cilíndrica.
No fresamento frontal, a superfície usinada resulta da ação combinada dos gumes localizados na periferia e na face frontal da fresa, esta geralmente em ângulo reto ao eixo da ferramenta. A superfície fresada é plana, sem qualquer relação com o contorno dos dentes, salvo na fresagem contra um ressalto. O fresamento frontal, pela sua alta produtividade, deve ser preferido sempre que possível.
Figura 3.2 – Fresa Cilíndrico-frontal.
As fresas inteiriças são feitas de uma só peça, usualmente de aço rápido, na qual são executadas, por usinagem, a forma e o número de dentes, sendo os ângulos de saída e de incidência construídos por retificação após a têmpera. Dependendo das dimensões, as fresas inteiriças tem um menor custo inicial, razão pela qual são ideais para produções pequenas e para uso geral nas ferramentarias.
Figura 3.3 – Fresa Inteiriça.
São fresas constituídas de um corpo (cabeçote) de aço cujos dentes são fixados por processos de soldagem. Os dentes são de aço rápido ou metal duro. A vantagem é que o corpo da fresa é feito de material mais barato, porém menos resistente ao desgaste.
Figura 3.4 – Fresa com Dentes Soldados.
São fresas constituídas de um corpo de aço, no qual são montados dentes constituídos de um mesmo material ou de uma combinação de materiais. A fixação dos dentes normalmente se dá com auxílio de parafusos, sendo que estes dentes podem ser reposicionados sobre o corpo.
Figura 3.5 – Fresa com Pastilhas Indexáveis.
Estas fresas só cortam na periferia cilíndrica, gerando superfícies planas paralelas ao eixo da ferramenta. São padronizadas, por exemplo, pela norma DIN 884, sendo caracterizadas pelo diâmetro externo, largura e tipo. Há três tipos principais: N (normal), H (para materiais duros) e W (para materiais moles). Fresas Tipo N (leve): Para usinagem leve, com dentes paralelos ao eixo de rotação para larguras de até 19 mm. Para tamanhos maiores têm ângulos de hélice entre 15 e 25°. A Fig. 3.3 mostra um exemplo desse tipo de fresa. Fresas Tipo H (pesado): Para usinagem pesada, com larguras superiores a 50 mm, têm ângulo de hélice de 25 a 45° para obter um impacto mais favorável na entrada e uma ação de corte mais uniforme e distribuída. A Fig. 3.1 mostra um exemplo desse tipo de fresa. Fresas Tipo W (para materiais moles): São fresas cilíndricas com ângulo de hélice superior a 45°, com grande rendimento, indicadas para a usinagem de alumínio e metais leves em geral. As ranhuras têm grande capacidade de alojar os cavacos (dentes bem espaçados) e o ângulo de saída lateral bastante grande.
Fresas de haste para ranhuras Woodruff: São fresas com haste cilíndrica, especificadas para abrir ranhuras para chavetas do tipo Woodruff. São padronizadas pela norma DIN 850.
Figura 3.12 – Fresa de Haste para Ranhuras Woodruff.
São fresas que têm dois gumes principais, formando um ângulo entre si. São exemplos deste tipo de fresas: Fresas frontais angulares: Usadas para abrir rasgos de guias em forma de cauda de andorinha, com ângulos de 45, 50, 55 e 60°.
Figura 3.13 – Fresa Frontal Angular.
Fresa prismática: Usadas para abrir guias prismáticas. Pela norma DIN 847 são padronizados os ângulos de 45, 60 e 90°.
Figura 3.14 – Fresa Prismática.
Fresa angular para ferramentaria: Destina-se ao fresamento de ranhuras retas (angular simples) e helicoidais (bi-angular) em ferramentas.
Figura 3.15 – Fresa Angular para Ferramentaria.
Fresas angulares com haste cilíndrica: São fresas usadas em ferramentarias. Têm a forma de uma cauda de andorinha.
Figura 3.16 – Fresa Frontal Angular com Haste Cilíndrica.
Apresentam um ângulo de incidência constante, geralmente obtido por detalonamento, em torno ou retífica, dando forma de espiral ao traço do plano de incidência. São usadas para produzir formas complexas. O perfil da fresa mantém sempre a mesma forma nas reafiações, que são feitas pela face (superfície de saída) dos dentes. A fresa de forma pode ser inteiriça ou o perfil da fresa pode ser obtido pela justaposição de várias fresas (trem de fresas), conforme exemplos a seguir: Fresas Convexas: Usadas para fresar ranhuras semicirculares com raios de 1 a 20 mm. São padronizadas pela norma DIN 856.
Figura 3.17 – Fresa Detalonada Semicircular Convexa.
Fresas Côncavas: Podem ser inteiriças ou acopladas (bipartidas). Usadas para executar superfícies semicirculares, com raios de 0,5 até 20 mm. São padronizadas pela norma DIN 855.
Figura 3.18 - Fresa Detalonada Semicircular Côncava.
Fresas de Arredondar Cantos: São fresas de um quarto de círculo, usadas para arredondar cantos.
Figura 3.19 – Fresa de Arredondar Cantos.
Fresas de Módulo: São fresas detalonadas para abertura dos rasgos de engrenagens. São fornecidas de acordo com o módulo de engrenagens a fresar em jogos de 8 ou 15 fresas, cada qual para engrenagens com um número específico de dentes.
Figura 3.20 – Fresa Módulo (para Engrenagens).
Como exemplo deste tipo de ferramenta, temos as fresas cilìndricas ou periféricas, fresas de disco e também as fresas de topo. Dentre as várias aplicações destas, pode-se citar o rebaixo de superfícies (fresas cilíndricas), abertura de ranhuras (fresas de disco) e faceamento e fresamento de contornos (fresas de topo).
Figura 3.21 – Fresa Cilíndrica de Dentes Fresados.
Comumente fresas de forma de perfil constante (ver item 3.6) têm a superfície de incidência detalonada. Estas fresas são usadas para produzir formas complexas, como superfícies ou ranhuras semicirculares, arredondamento de cantos e fresamento de engrenagens. Estas ferramentas também são usadas para usinagem de formas especiais, como chaves de boca, canais de brocas, alargadores e fresas. A Fig. 3.17 mostra um exemplo desse tipo de fresa.
Nas fresas com dentes e canais retos, isto é, paralelos ao eixo da fresa, os gumes saem e entram em corte bruscamente na peça, gerando maiores impactos e variações na velocidade e na potência de corte do que as fresas com dentes e canais helicoidais. Como exemplo deste tipo de ferramenta, temos alguns tipos de fresas cilíndricas, fresas de disco, fresas com haste e fresas detalonadas. A Fig. 3.4 mostra um exemplo desse tipo de fresa.
(mandril).
Figura 3.23 - Fresa cilíndrica tangencial montada sobre eixo auxiliar.
As fresas são montadas através da própria haste com o auxílio de uma pinça (no caso de fresas com haste cilíndrica), ou com o auxílio de um cone-morse (no caso de fresas com haste cônica). Também podemos ter a montagem de fresas com haste cônica diretamente na máquina, dependendo do tamanho do cone. Montagem de fresa com haste cilíndrica: As fresas com haste cilíndrica são montadas com um dispositivo auxiliar (cone porta-pinça), acoplado no eixo árvore da fresadora (o eixo tem um encaixe cônico, sendo, deste modo, necessário o uso do dispositivo). Dentro do dispositivo temos a pinça, que serve para fixar a ferramenta evitando que esta se solte em uma operação de fresamento.
Figura 3.24 – Fresa com haste cilíndrica montada com auxílio de pinça.
Figura 3.25 – Montagem da fresa com haste cilíndrica em corte.
Montagem de fresa com haste cônica: As fresas com haste cônica, quando de dimensões reduzidas, também são montadas com auxílio de um dispositivo (um cone de redução) acoplado no eixo árvore da fresadora (Fig. 3.26). Se a ferramenta possuir dimensões maiores, pode-se montá-la diretamente na máquina (Fig. 3.27).
Figura 3.26 – Montagem de fresa com haste cônica auxiliada por dispositivo.
Figura 3.27 – Montagem de fresa com haste cônica diretamente na máquina
As fresas montadas com parafusos e chaveta (como é o caso das fresas frontais), também são acopladas no eixo árvore da fresadora com o auxílio de um dispositivo (mandril porta-fresa) quando de dimensões reduzidas (Fig. 3.28). Quando estas são de maior tamanho, podem ser montadas diretamente na máquina.
Figura 3.28 – Fresa frontal montada com o auxílio de dispositivo.
Essas ferramentas são usadas para executar as mais variadas operações de fresamento, como usinagem de ranhuras (ou rasgos), rebaixos, faceamento e contornos. A seguir alguns exemplos de aplicações: Fresa de disco - aplicada para usinagem de ranhuras, rebaixos e contornos: As fresas de disco, por serem de diversas formas e tamanhos, além da possibilidade de poderem ser montadas como um trem de fresas, são aplicadas nas mais variadas
operações de usinagem. Na Fig. 3.29, fresas de disco acopladas (trem de fresas), executando um tipo de perfil (contorno) em uma peça.
Figura 3.29 – Fresas de disco acopladas executando contorno (rebaixo) em peça prismática.
Fresa de topo - aplicada na usinagem de rasgos, contornos, rebaixos, etc.: As fresas de topo são usadas para facear, ranhurar, executar bolsões, rebaixos, matrizes, gravações, rasgos de diferentes tipos e tamanhos e fresar contornos. Na Fig. 3.30 tem-se a ferramenta executando um fresamento de canto a 90° em uma peça.
Figura 3.30 – Fresa de topo executando fresamento de canto a 90°.
Fresa cilíndrico-frontal - aplicada na usinagem de ranhuras e contornos: São semelhantes às fresas de topo, porém não têm haste de fixação própria. São fresas que são montadas em hastes padronizadas. Na Fig.3.31, temos a ferramenta executando uma operação de fresamento de canal em cheio.
Figura 3.31 – Fresa cilíndrico-frontal executando fresamento de canal em cheio.
Fresa detalonada - aplicada na usinagem de formas complexas: As fresas detalonadas podem ser inteiriças (quando a fresa já tem a forma do perfil a ser produzido) ou o perfil a fresar pode ser obtido pela justaposição de várias fresas (trem de fresas), formando assim o perfil desejado. Na Fig. 3.32 temos uma fresa executando uma superfície semicircular convexa.
Figura 3.32 – Fresa detalonada executando uma superfície semicircular convexa.
Na usinagem de rebaixos para chavetas podemos utilizar vários tipos de fresas (como as de topo com haste cilíndrica), dependendo do tipo de chaveta que será usinada. As fresas com haste para ranhuras Woodruff são um exemplo de ferramenta para abrir ranhuras para chavetas. Na Fig.3.33, podemos visualizar a ferramenta executando uma chaveta do tipo Woodruff.
Figura 3.33 – Fresa executando ranhura para chaveta tipo Woodruff.
Na usinagem de guias para máquinas temos a possibilidade de aplicação de diversos tipos de ferramentas, dependendo do tipo de guia a ser obtida. A seguir temos alguns exemplos de ferramentas que são utilizadas na fabricação de guias de máquinas: Fresas para ranhuras T - aplicadas na usinagem de ranhuras em T: São fresas com haste cilíndrica, construídas especialmente para abrir ranhuras em T, como as usadas em mesas de máquinas-ferramenta. Este tipo de ranhura tem de ser executada em duas etapas distintas de usinagem. Na Fig. 3.34, temos o conjunto de operações realizadas para obter o perfil da ranhura. Em (a), uma fresa de topo executa a abertura do canal, possibilitando assim que a fresa para ranhura T (b) execute o perfil em forma de T.
A operação de fresamento é uma das mais importantes no processo mecânico de fabricação. A operação consiste em remover cavaco de um material com a finalidade de construir superfícies planas retilíneas ou com uma determinada forma. Existem dois tipos principais de fresamento: fresamento frontal ou de topo e fresamento tangencial.
No fresamento frontal, a superfície da peça usinada está em um plano paralelo ao eixo da ferramenta. O fresamento é um resultado da ação dos gumes localizados na frontal e periferia da fresa. Para essa usinagem recomenda uma penetração de três quartos a dois terços do diâmetro da fresa. Com isso, a espessura de cavaco na entrada será igual ou maior que 80% do avanço por dente e o impacto inicial se dará afastado do gume, ou seja, em um ponto menos vulnerável. Na fresamento frontal, a ferramenta tem seu eixo perpendicular à superfície da peça usinada.
Figura 4.1 – Fresamento Frontal.
Fresamento tangencial é a operação na qual os dentes ativos estão na superfície cilíndrica da ferramenta e o eixo da fresa é paralelo à superfície que está sendo gerada. As fresas são chamadas de cilíndricas ou tangenciais. Levando em consideração o movimento de avanço da peça e a rotação da ferramenta pode ter dois tipos de movimento de usinagem:
Nesse caso, os movimentos de corte da ferramenta e de avanço da peça têm o mesmo sentido, iniciando com a espessura máxima de cavaco. Segundo Stemmer, as vantagens da fresamento concordante são as seguintes:
Figura 4.2 – Fresamento Concordante.
Nesse caso, os movimentos de avanço e corte tem sentidos opostos, iniciando
com a espessura mínima de cavaco. O processo de corte inicia-se com a espessura mínima de cavaco que é encruada pela compressão peça-ferramenta. Depois de atingir uma espessura adequada é que o cavaco passa a ser cortado. Isso gera um escorregamento do gume sobre a peça e um conseqüente maior desgaste da ferramenta. O fresamento discordante deve ser usado para casos especiais em que ocorre a folga entre o fuso e a castanha de comando de avanço da mesa da fresadora. Essa folga para a fresagem concordante gera um cavaco mais espesso que o esperado, causando a possível quebra dos dentes ou pastilhas. Outro motivo é quando a superfície usinada possui resíduos de areia, escamas, irregularidades grande. O fresamento discordante nesse caso penetra abaixo da camada indesejável e evita o efeito desfavorável sobre a vida da ferramenta.
Figura 4.3 – Fresamento Discordante.
Figura 5.1 – Fresadora Vertical.
Utilizam-se fresam cilíndrico-frontais combinando uma ação dos gumes da periferia e da face frontal da fresa.
Figura 5.2 – Fresamento de Ranhuras.
Fresas de base cilíndrica, utilizadas para abrir ranhuras para chavetas do tipo woodruff.
Figura 5.3 –F resamento de Ranhuras.
