Você já se perguntou como as máquinas-ferramentas CNC são escolhidas para obter o melhor desempenho? Na usinagem CNC, a seleção das ferramentas de corte é fundamental para a eficiência e a precisão. Este artigo se aprofunda nos princípios da escolha das ferramentas e dos parâmetros de corte corretos, discutindo fatores como tipos de materiais, estruturas de ferramentas e requisitos específicos de usinagem. Ao continuar lendo, você obterá insights para aprimorar seus processos de usinagem, melhorar a vida útil da ferramenta e obter resultados superiores. Explore os detalhes para dominar a seleção de ferramentas CNC e otimizar suas operações de usinagem.
A seleção de ferramentas e a determinação dos parâmetros de corte na usinagem CNC são processos críticos que a diferenciam dos métodos de usinagem convencionais. Essa interface homem-máquina exige que os programadores tenham uma compreensão abrangente dos princípios de seleção de ferramentas e da otimização dos parâmetros de corte. Para garantir a eficiência da usinagem CNC, os programadores devem integrar seu conhecimento das nuances da manufatura digital em suas estratégias de programação, o que lhes permite tomar decisões informadas sobre a seleção de ferramentas e parâmetros.
As ferramentas de usinagem CNC são projetadas para complementar a alta velocidade, a alta eficiência e a natureza automatizada das máquinas-ferramentas CNC. Em geral, o sistema de ferramentas é composto por três componentes principais:
Essa abordagem modular do ferramental levou a uma maior padronização em todo o setor, melhorando a intercambialidade e reduzindo os tempos de configuração. A interface entre o porta-ferramenta e o fuso é fundamental para manter a precisão e a rigidez durante as operações de usinagem de alta velocidade.
As ferramentas de corte CNC podem ser categorizadas com base em vários critérios, incluindo:
Tipo integral (sólido):
Essas ferramentas são fabricadas em uma única peça de aço rápido (HSS) ou metal duro. Elas oferecem excelente rigidez e precisão para aplicações específicas, principalmente em ferramentas de menor diâmetro. Os exemplos incluem fresas de topo sólidas, brocas e alargadores.
Tipo de inserto (indexável):
Essas ferramentas utilizam pastilhas de corte substituíveis, geralmente feitas de carboneto ou materiais cerâmicos, presas a um corpo de ferramenta. Elas podem ser classificadas em dois subtipos principais:
a) Ferramentas com inserto brasado: Os insertos são fixados permanentemente ao corpo da ferramenta por meio de um processo de brasagem de alta temperatura.
b) Ferramentas de inserção fixadas mecanicamente:
Tipos especiais:
a) Ferramentas de corte compostas: Combinam diferentes materiais ou estruturas para otimizar o desempenho, como ferramentas de HSS com ponta de carboneto.
b) Ferramentas de amortecimento de vibrações: Incorporar projetos ou materiais especiais para reduzir a vibração e melhorar o acabamento da superfície em condições de usinagem desafiadoras.
c) Ferramentas de corte modulares: Permitem configurações personalizáveis, combinando diferentes cabeçotes de corte com corpos de ferramentas padrão.
d) Ferramentas alimentadas por refrigerante: Apresentam canais internos para o fornecimento preciso de refrigerante diretamente à aresta de corte.
1. Ferramentas de corte de aço de alta velocidade (HSS):
2. Ferramentas de corte de carbeto cimentado:
3. Ferramentas de corte de diamante:
4. Ferramentas de corte de material avançado:
Cada material oferece propriedades exclusivas e é selecionado com base nos requisitos específicos de usinagem, no material da peça e nas condições de corte para otimizar a vida útil da ferramenta, o acabamento da superfície e a eficiência geral da usinagem.
Ferramentas de torneamento:
Ferramentas de perfuração:
Ferramentas de perfuração:
Ferramentas de fresagem:
Ferramentas de brochamento:
Ferramentas de esmerilhamento:
Para atender às demandas dos modernos centros de usinagem CNC, a proporção de ferramentas de corte modulares, ajustáveis e duráveis aumentou significativamente nos últimos anos. Esses sistemas avançados de ferramentas agora compreendem de 40% a 90% do estoque total de ferramentas em instalações de usinagem CNC, dependendo da complexidade das peças produzidas e do nível de automação. Essa mudança para soluções de ferramentas flexíveis aumenta a produtividade, reduz os tempos de preparação e melhora a eficiência geral da usinagem.
Integração com sistemas digitais para monitoramento e otimização em tempo real. Muitas ferramentas NC modernas incorporam sensores ou etiquetas RFID para rastreamento da vida útil da ferramenta, previsão de desgaste e otimização do processo.
Rigidez e precisão superiores, especialmente em ferramentas de desbaste, aliadas a um melhor amortecimento de vibrações e a uma deformação térmica mínima. Isso garante um desempenho de corte consistente, mesmo em condições de usinagem exigentes.
Excelente intercambialidade, facilitando a troca rápida de ferramentas. Esse recurso geralmente é suportado por sistemas avançados de fixação de ferramentas, como HSK (Hollow Shank Keyed) ou BT (Big-Plus Tooling), que oferecem precisão e recursos de troca rápida.
Vida útil prolongada com desempenho de corte estável e confiável. Isso geralmente é obtido com o uso de tecnologias avançadas de revestimento (por exemplo, PVD, CVD) e geometrias otimizadas de ferramentas que reduzem o desgaste e mantêm a integridade da aresta de corte.
Fácil ajuste de tamanho, minimizando o tempo de configuração da troca de ferramenta. Muitas ferramentas NC incorporam recursos microajustáveis ou projetos modulares que permitem o ajuste fino sem a substituição completa da ferramenta.
Recursos eficientes de gerenciamento de cavacos, incluindo geometrias de quebra de cavacos e sistemas de fornecimento de refrigerante através da ferramenta. Esses recursos garantem a evacuação confiável dos cavacos, evitando o recorte e melhorando a qualidade do acabamento da superfície.
Padronização e serialização para otimizar a programação e o gerenciamento de ferramentas. Isso inclui a adesão aos padrões ISO para dimensões de ferramentas e dados de corte, bem como a compatibilidade com sistemas comuns de gerenciamento de ferramentas e software CAM.
A seleção de ferramentas na programação NC é um processo crítico conduzido por meio da interação homem-máquina. A escolha do cortador e da haste deve ser otimizada com base em vários fatores, incluindo os recursos de processamento da máquina-ferramenta, as propriedades do material da peça, a sequência de processamento, os parâmetros de corte e outras considerações relevantes.
Os princípios fundamentais para a seleção de ferramentas priorizam a facilidade de instalação e ajuste, a rigidez superior, a alta durabilidade e a precisão. Ao atender aos requisitos de processamento, os porta-ferramentas mais curtos são preferidos para aumentar a rigidez da ferramenta e minimizar a vibração durante a usinagem.
A seleção da ferramenta deve garantir a compatibilidade dimensional entre a ferramenta e a superfície da peça a ser processada. Em ambientes de produção, as fresas de topo são frequentemente empregadas para usinagem de contornos periféricos de componentes planos. Para o fresamento de superfícies planas, recomenda-se o uso de fresas de topo com ponta de metal duro devido à sua resistência superior ao desgaste e estabilidade térmica. As operações de fresamento de alta velocidade geralmente exigem geometrias especializadas, como fresas convexas ou com ranhuras, para gerenciar a evacuação de cavacos e a dissipação de calor de forma eficaz.
Para a usinagem de desbaste de superfícies ou furos, as fresas de milho intercambiáveis com pastilhas de metal duro oferecem altas taxas de remoção de material e boa relação custo-benefício. Perfis tridimensionais complexos e superfícies de ângulo variável geralmente exigem o uso de fresas de topo com ponta esférica, fresas toro, fresas de topo cônicas e fresas de disco, cada uma otimizada para características geométricas específicas.
Ao usinar superfícies de forma livre, como na produção de moldes, é fundamental considerar a mecânica de corte de diferentes geometrias de ferramentas. As fresas de topo esféricas, embora versáteis, têm velocidade de corte zero em sua ponta, o que pode comprometer o acabamento da superfície e a vida útil da ferramenta. Para manter a precisão da usinagem, a distância de passo é geralmente reduzida, o que torna as fresas de topo esféricas mais adequadas para operações de acabamento. As fresas de topo planas geralmente oferecem qualidade de superfície e eficiência de corte superiores em comparação com as fresas de topo esféricas. Portanto, sempre que possível, as fresas de topo planas devem ser preferidas para o desbaste e o acabamento de superfícies curvas, com estratégias apropriadas de percurso da ferramenta para minimizar a altura da vieira.
A durabilidade e a precisão das ferramentas de corte afetam significativamente a economia geral da usinagem. Embora as ferramentas de corte de alta qualidade possam aumentar os custos iniciais com ferramentas, elas podem reduzir substancialmente as despesas totais de processamento, melhorando a qualidade da usinagem, reduzindo os tempos de ciclo e prolongando a vida útil da ferramenta. Essa abordagem holística da seleção de ferramentas geralmente resulta em menor custo por peça e maior confiabilidade do processo.
Nos centros de usinagem, várias ferramentas de corte são armazenadas no magazine de ferramentas, com seleção e troca de ferramentas executadas automaticamente de acordo com instruções programadas. Para garantir a montagem rápida e precisa de ferramentas padrão para operações como furação, mandrilamento, alargamento e fresamento, é essencial utilizar porta-ferramentas padronizados que sejam compatíveis com o sistema de troca automática de ferramentas da máquina.
Os programadores devem conhecer bem as dimensões estruturais, os métodos de ajuste e as faixas de ajuste dos suportes de ferramentas usados na máquina-ferramenta específica. Esse conhecimento é fundamental para determinar com precisão as dimensões radiais e axiais da ferramenta de corte durante a fase de programação, garantindo o desempenho ideal da ferramenta e evitando colisões ou erros de usinagem.
No processo de usinagem de máquinas-ferramentas CNC econômicas, as operações manuais de manuseio de ferramentas, como retificação, medição e substituição, geralmente consomem um tempo auxiliar significativo. Portanto, a disposição eficiente das ferramentas é fundamental para otimizar a produtividade. Os princípios a seguir devem ser observados:
Minimizar o número de ferramentas: Utilize ferramentas multifuncionais e otimize as estratégias de corte para reduzir as trocas de ferramentas.
Maximize a utilização da ferramenta: Quando uma ferramenta estiver montada, conclua todas as operações de usinagem possíveis antes de trocá-la. Isso inclui considerar caminhos de ferramenta que permitam a usinagem de vários recursos em uma única configuração.
Separe as ferramentas de desbaste e de acabamento: Mesmo com geometrias de ferramenta idênticas, use ferramentas dedicadas para operações de desbaste e acabamento. Isso preserva a vida útil da ferramenta e garante uma qualidade de superfície consistente.
Sequenciar as operações de forma lógica:
Priorize o gerenciamento da vida útil da ferramenta: Organize as ferramentas com base nos padrões de desgaste esperados, colocando as ferramentas de vida útil mais longa no início da sequência, quando possível.
Aproveite a automação: Utilize o recurso de troca automática de ferramentas (ATC) da máquina CNC em toda a sua extensão. Isso inclui a otimização da disposição do magazine de ferramentas para trocas eficientes e a implementação de sistemas de detecção de quebra de ferramentas.
Considere os parâmetros de corte: Agrupe ferramentas com velocidades de corte e taxas de avanço semelhantes para minimizar os ciclos de aceleração/desaceleração da máquina.
Planeje a medição durante o processo: Se aplicável, integre apalpadores ou outras ferramentas de medição em pontos estratégicos da sequência para permitir a usinagem adaptativa.
Durante a usinagem de desbaste, a produtividade normalmente é melhorada, mas também se deve levar em conta a economia e o custo de processamento. No semiacabamento e no acabamento, a eficiência de corte, a economia e o custo de processamento devem ser considerados, mantendo-se a qualidade do processamento. Os valores específicos devem ser determinados com base no manual da máquina-ferramenta, parâmetro de corte manual e experiência.
Os seguintes fatores devem ser considerados:
Profundidade de corte t: Se a máquina-ferramenta, a peça de trabalho e a rigidez da ferramenta permitirem, t é igual à margem de usinagem, o que aumenta a produtividade. Uma margem de acabamento deve ser reservada para garantir a precisão da usinagem e a peça rugosidade da superfície. As máquinas-ferramentas NC podem ter uma margem de acabamento um pouco menor do que as máquinas-ferramentas convencionais.
Largura de corte L: L é geralmente proporcional ao diâmetro D da ferramenta e inversamente proporcional à profundidade de corte. No processo de usinagem de máquinas-ferramentas NC econômicas, L geralmente está na faixa de L = (0,6 ~ 0,9) D.
Velocidade de corte v: O aumento de v melhora a produtividade, mas também afeta a durabilidade da ferramenta. A escolha de v depende principalmente da durabilidade da ferramenta, que diminui à medida que v aumenta. A velocidade de corte também depende do material de processamento. Por exemplo, no fresamento da liga 30CrNi2MoVA com uma fresa de topo, v pode ser de cerca de 8 m/min, enquanto no fresamento da liga de alumínio com a mesma fresa de topo, v pode ser superior a 200 m/min.
Velocidade do fuso n (R/min): A velocidade do fuso é geralmente selecionada com base na velocidade de corte v. A fórmula de cálculo é: v = πnd/1000. O painel de controle da máquina-ferramenta NC normalmente tem um interruptor de ajuste da velocidade do fuso (ampliação), que pode ajustar a velocidade do fuso por um múltiplo integral durante a usinagem.
Velocidade de alimentação vF: O vF deve ser selecionado com base na precisão da usinagem e nos requisitos de rugosidade da superfície das peças, bem como nos materiais da ferramenta de corte e da peça. O aumento de vF melhora a eficiência da produção. Quando a exigência de rugosidade da superfície é baixa, vF pode ser maior. Durante o processamento, a vF também pode ser ajustada manualmente por meio da chave de ajuste no painel de controle da máquina-ferramenta, mas a velocidade máxima de avanço é limitada pela rigidez do equipamento e pelo desempenho do sistema de avanço.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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