Crédito da imagem: Andrey Armyagov

Entendendo a Fresamento CNC, ou fresamento de controle numérico computadorizado, é um processo de usinagem que emprega controles computadorizados e ferramentas de corte multiponto rotativas para remover progressivamente o material da peça de trabalho e produzir uma peça ou produto personalizado. Este processo é adequado para usinar uma ampla gama de materiais, como metal , plástico , vidro e madeira, e produzir uma variedade de peças e produtos personalizados.

Vários recursos são oferecidos sob a égide dos serviços de usinagem CNC de precisão, incluindo processos mecânicos, químicos, elétricos e térmicos. A fresagem CNC é um processo de usinagem mecânica juntamente com furação, torneamento e uma variedade de outros processos de usinagem, o que significa que o material é removido da peça por meios mecânicos, como as ações das ferramentas de corte da fresadora.   

Este artigo enfoca o processo de fresagem CNC, delineando os fundamentos do processo, e os componentes e ferramentas da fresadora CNC . Adicionalmente, este artigo explora as várias operações de fresagem e apresenta alternativas ao processo de fresagem CNC.

Definição de Fresamento

O que é fresagem? É um tipo de usinagem que usa fresas para moldar uma peça de trabalho, geralmente em uma mesa móvel, embora algumas fresadoras também possuam fresas móveis. A fresagem começou como uma tarefa manual realizada por humanos, mas a maioria das fresagens hoje em dia é feita por uma fresadora CNC, que utiliza um computador para supervisionar o processo de fresagem. O fresamento CNC oferece maior precisão, exatidão e taxas de produção, mas ainda existem algumas situações em que o fresamento manual é útil. O fresamento manual, que exige muita habilidade técnica e experiência, oferece tempos de resposta mais curtos. Também tem o benefício adicional de que as fresadoras manuais são mais baratas e o usuário não precisa se preocupar em programar a máquina.

Visão geral do processo de fresagem CNC

Como a maioria dos processos convencionais de usinagem mecânica CNC , o processo de fresagem CNC utiliza controles computadorizados para operar e manipular máquinas-ferramentas que cortam e moldam o material de estoque. Além disso, o processo segue as mesmas etapas básicas de produção que todos os processos de usinagem CNC fazem, incluindo:

• Projetando um modelo CAD
• Convertendo o modelo CAD em um programa CNC
• Configurando a fresadora CNC
• Executando a operação de fresagem

O processo de fresagem CNC começa com a criação de um projeto de peça CAD 2D ou 3D . Em seguida, o projeto completo é exportado para um formato de arquivo compatível com CNC e convertido pelo software CAM em um programa de máquina CNC que dita as ações da máquina e os movimentos das ferramentas na peça de trabalho. Antes de o operador executar o programa CNC, eles preparam a fresadora CNC fixando a peça de trabalho na superfície de trabalho da máquina (ou seja, mesa de trabalho) ou dispositivo de fixação (por exemplo, torno) e anexando as ferramentas de fresagem ao fuso da máquina. O processo de fresagem CNC emprega CNC horizontal ou vertical-fresadoras habilitadas—dependendo das especificações e requisitos da aplicação de fresamento—e ferramentas de corte multiponto rotativas (ou seja, multidentado), como fresas e brocas. Quando a máquina estiver pronta, o operador inicia o programa através da interface da máquina, solicitando que a máquina execute a operação de fresagem.

Uma vez que o processo de fresagem CNC é iniciado, a máquina começa a girar a ferramenta de corte em velocidades que chegam a milhares de RPM. Dependendo do tipo de fresadora empregada e dos requisitos da aplicação de fresagem, à medida que a ferramenta corta a peça, a máquina executará uma das seguintes ações para produzir os cortes necessários na peça:

1. Alimente lentamente a peça de trabalho na ferramenta rotativa e estacionária
2. Mova a ferramenta pela peça estacionária
3. Mova a ferramenta e a peça de trabalho uma em relação à outra

Ao contrário dos processos de fresamento manual, no fresamento CNC, normalmente a máquina alimenta as peças móveis com a rotação da ferramenta de corte e não contra ela. As operações de fresagem que obedecem a esta convenção são conhecidas como processos de fresagem ascendente, enquanto as operações contrárias são conhecidas como processos de fresagem convencionais.

Geralmente, o fresamento é mais adequado como processo secundário ou de acabamento para uma peça já usinada, fornecendo definição ou produzindo as características da peça, como furos, ranhuras e roscas. No entanto, o processo também é usado para moldar uma peça de estoque do início ao fim. Em ambos os casos, o processo de fresagem remove gradualmente o material para formar a forma desejada da peça. Primeiro, a ferramenta corta pequenos pedaços – ou seja, cavacos – da peça de trabalho para formar a forma aproximada. Em seguida, a peça passa pelo processo de fresamento com muito mais precisão e precisão para terminar a peça com suas características e especificações exatas. Normalmente, uma peça concluída requer várias passadas de usinagem para atingir a precisão e as tolerâncias desejadas. Para peças geometricamente mais complexas,

Uma vez que a operação de fresagem é concluída e a peça é produzida de acordo com as especificações projetadas sob medida, a peça fresada passa para as etapas de acabamento e pós-processamento de produção.

Operações de Fresadoras CNC

 

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A fresagem CNC é um processo de usinagem adequado para a produção de peças de alta precisão e alta tolerância em protótipos, peças únicas e pequenas a médias produções. Enquanto as peças são normalmente produzidas com tolerâncias que variam entre +/- 0,001 pol. a +/- 0,005 pol., algumas fresadoras podem atingir tolerâncias de até +/- 0,0005 pol. ser usado em uma ampla variedade de indústrias e para uma variedade de características e designs de peças, incluindo ranhuras, chanfros, roscas e cavidades. As operações de fresamento CNC mais comuns incluem:

• Fresamento de face
• Fresagem simples
• Fresagem angular
• Fresamento de forma

Fresamento de face

Fresamento de faceamento refere-se a operações de fresamento em que o eixo de rotação da ferramenta de corte é perpendicular à superfície da peça de trabalho. O processo emprega fresas de faceamento que possuem dentes tanto na periferia quanto na face da ferramenta, com os dentes periféricos sendo usados principalmente para corte e os dentes da face para aplicações de acabamento. Geralmente, o fresamento de faceamento é usado para criar superfícies planas e contornos na peça acabada e é capaz de produzir acabamentos de maior qualidade do que outros processos de fresamento. Ambas as fresadoras verticais e horizontais suportam este processo.

Os tipos de faceamento incluem fresamento de topo e fresamento lateral, que usam fresas de topo e fresas laterais , respectivamente.

Fresagem Simples

Fresamento simples, também conhecido como fresamento de superfície ou de placa, refere-se a operações de fresamento em que o eixo de rotação da ferramenta de corte é paralelo à superfície da peça de trabalho. O processo emprega fresas planasque possuem dentes na periferia que realizam a operação de corte. Dependendo das especificações da aplicação de fresamento, como a profundidade do corte e o tamanho da peça de trabalho, são usadas fresas estreitas e largas. Os cortadores estreitos permitem cortes mais profundos, enquanto os cortadores mais largos são usados para cortar áreas de superfície maiores. Se uma aplicação de fresamento simples requer a remoção de uma grande quantidade de material da peça de trabalho, o operador primeiro emprega uma fresa de dentes grossos, velocidades de corte lentas e taxas de avanço rápidas para produzir a geometria aproximada da peça personalizada. Em seguida, o operador introduz uma fresa dentada mais fina, velocidades de corte mais rápidas e taxas de avanço mais lentas para produzir os detalhes da peça acabada.

Fresagem Angular

Fresamento angular, também conhecido como fresamento angular, refere-se a operações de fresamento em que o eixo de rotação da ferramenta de corte está em um ângulo em relação à superfície da peça de trabalho. O processo emprega fresas de ângulo único – angulares com base no projeto específico que está sendo usinado – para produzir recursos angulares, como chanfros, serrilhas e ranhuras. Uma aplicação comum de fresamento angular é a produção de caudas de andorinha, que emprega fresas de cauda de andorinha de 45°, 50°, 55° ou 60° com base no projeto da cauda de andorinha.

Fresagem de Forma

Fresamento de forma refere-se a operações de fresamento envolvendo superfícies irregulares, contornos e contornos, como peças com superfícies curvas e planas ou superfícies completamente curvas. O processo emprega fresas formadas ou fresas volantes especializadas para a aplicação específica, como fresas convexas, côncavas e de arredondamento de cantos . Algumas das aplicações comuns de fresamento de formas incluem a produção de cavidades hemisféricas e semicirculares, cordões e contornos, bem como projetos intrincados e peças complexas com uma única configuração de máquina.

Outras operações de fresadoras

Além das operações acima mencionadas, as fresadoras podem ser usadas para realizar outras operações especializadas de fresagem e usinagem. Exemplos de outros tipos de operações de fresadoras disponíveis incluem:

Fresamento Straddle : Fresamento Straddle refere-se a operações de fresamento em que a máquina-ferramenta usina duas ou mais superfícies paralelas da peça com um único corte. Este processo emprega duas fresas no mesmo eixo da máquina, dispostas de tal forma que as fresas estão em ambos os lados da peça de trabalho e podem fresar ambos os lados ao mesmo tempo.  

Moagem de gangue: O que é moagem de gangue? Fresamento em grupo refere-se a operações de fresamento que empregam duas ou mais fresas – normalmente de tamanho, formato ou largura variados – no mesmo eixo da máquina. Cada cortadora pode realizar a mesma operação de corte, ou uma diferente, simultaneamente, o que produz designs mais intrincados e peças complexas em tempos de produção mais curtos.

Fresamento de perfil: Fresamento de perfil refere-se a operações de fresamento em que a máquina-ferramenta cria um caminho de corte ao longo de uma superfície vertical ou angular na peça de trabalho. Este processo utiliza equipamentos de fresamento de perfis e ferramentas de corte que podem ser paralelas ou perpendiculares à superfície da peça.

Corte de engrenagem: O corte de engrenagem é uma operação de fresagem que emprega cortadores de engrenagem involuta para produzir dentes de engrenagem. Essas fresas, um tipo de fresa conformada, estão disponíveis em vários formatos e tamanhos de passo, dependendo do número de dentes necessários para o projeto específico da engrenagem. Uma fresa de torno especializada também pode ser empregada por este processo para produzir dentes de engrenagem.

Outros processos de usinagem : Como as fresadoras suportam o uso de outras máquinas-ferramentas além das fresadoras, elas podem ser usadas para outros processos de usinagem além da fresagem, como furação, mandrilamento, alargamento e rosqueamento.

Equipamentos e componentes de fresagem CNC

O processo de fresagem CNC emprega uma variedade de aplicativos de software , máquinas-ferramentas e máquinas de fresagem, dependendo da operação de fresagem que está sendo executada.

Software de suporte à fresadora CNC

Como a maioria dos processos de usinagem CNC, o processo de fresagem CNC usa software CAD para produzir o projeto inicial da peça e software CAM para gerar o programa CNC que fornece as instruções de usinagem para produzir a peça. O programa CNC é então carregado na máquina CNC escolhida para iniciar e executar o processo de fresagem.

Componentes de Máquinas Fresadoras CNC

Apesar da ampla gama de fresadoras disponíveis, a maioria das máquinas compartilha em grande parte os mesmos componentes básicos. Essas peças de máquina compartilhadas incluem:

• Interface da máquina
• Coluna
• Joelho
• Selim
• Mesa de trabalho
• Fuso
• Mandril
• RAM
• Máquina-ferramenta

Figura 1 – Configurações e Componentes da Fresadora CNC

Interface da máquina: A interface da máquina refere-se ao componente da máquina que o operador usa para carregar, iniciar e executar o programa da máquina CNC.

Coluna: A coluna refere-se ao componente da máquina que fornece suporte e estrutura a todos os outros componentes da máquina. Este componente inclui uma base afixada e pode incluir componentes internos adicionais que auxiliam no processo de fresagem, como reservatórios de óleo e refrigerante.

Joelho: O joelho refere-se ao componente ajustável da máquina que é afixado à coluna e fornece suporte ao selim e à mesa de trabalho. Este componente é ajustável ao longo do eixo Z (ou seja, pode ser levantado ou abaixado) dependendo das especificações da operação de fresagem.

Selim: O selim refere-se ao componente da máquina localizado na parte superior do joelho, apoiando a mesa de trabalho. Este componente é capaz de se mover paralelamente ao eixo do fuso, o que permite que a mesa de trabalho e, por procuração, a peça de trabalho, sejam ajustadas horizontalmente.

Mesa de trabalho: A mesa de trabalho refere-se ao componente da máquina localizado na parte superior da sela, na qual a peça de trabalho ou dispositivo de fixação (por exemplo, mandril ou torno ) é fixado. Dependendo do tipo de máquina empregada, este componente é ajustável na horizontal, vertical, ambas ou nenhuma direção.  

Fuso: O fuso refere-se ao componente da máquina suportado pela coluna que segura e opera a máquina-ferramenta (ou mandril) empregada. Dentro da coluna, um motor elétrico aciona a rotação do fuso.

Mandril: O mandril refere-se ao componente do eixo inserido no fuso em fresadoras horizontais nas quais várias máquinas-ferramentas podem ser montadas. Esses componentes estão disponíveis em vários comprimentos e diâmetros, dependendo das especificações da aplicação de fresamento. Os tipos de mandris disponíveis incluem fresadora padrão, parafuso, fresa de corte longitudinal, fresa de topo e mandris de fresa de topo de concha.

Carneiro: O carneiro refere-se ao componente da máquina, normalmente em fresadoras verticais, localizado no topo e afixado na coluna que suporta o fuso. Este componente é ajustável para acomodar diferentes posições durante a operação de fresagem.

Máquina-ferramenta: A máquina-ferramenta representa o componente da máquina retido pelo fuso que realiza a operação de remoção de material. O processo de fresamento pode empregar uma ampla gama de fresadoras-ferramentas (normalmente fresas multiponto) dependendo das especificações da aplicação de fresamento – por exemplo, o material sendo fresado, qualidade do acabamento da superfície necessária, orientação da máquina etc. variam de acordo com o número, arranjo e espaçamento de seus dentes, bem como seu material, comprimento, diâmetro e geometria. Alguns dos tipos de fresadoras horizontais empregadas incluem fresas planas, com relevo de forma, dentes escalonados e fresas de ângulo duplo, enquanto as fresadoras verticais empregadas incluem pontas planas e esféricas ,fresas de chanfro, face e broca helicoidal. As fresadoras também podem usar ferramentas de furação , mandrilamento , alargamento e rosqueamento para realizar outras operações de usinagem.

Considerações sobre a Fresadora

Em geral, as fresadoras são categorizadas em configurações de máquina horizontal e vertical, bem como diferenciadas com base no número de eixos de movimento.

Nas fresadoras verticais , o fuso da máquina é orientado verticalmente, enquanto na horizontal fresadoras o fuso é orientado horizontalmente. As máquinas horizontais também empregam mandris para suporte e estabilidade adicionais durante o processo de fresamento, e têm recursos de suporte para várias ferramentas de corte, como fresamento de grupo e fresamento de straddle. Os controles da fresadora vertical e horizontal dependem do tipo de máquina empregada. Por exemplo, algumas máquinas podem levantar e abaixar o fuso e mover lateralmente a mesa de trabalho, enquanto outras máquinas possuem fusos estacionários e mesas de trabalho que se movem horizontalmente, verticalmente e rotativamente. Ao decidir entre fresadoras verticais e horizontais, fabricantes e oficinas devem considerar os requisitos da aplicação de fresamento, como o número de superfícies que requerem fresamento e o tamanho e forma da peça. Por exemplo, peças de trabalho mais pesadas são mais adequadas para operações de fresamento horizontal, enquanto aplicações de afundamento são mais adequadas para operações de fresamento vertical. Equipamentos auxiliares que modificam máquinas verticais ou horizontais para apoiar o processo oposto também estão disponíveis.   

A maioria das fresadoras CNC estão disponíveis com 3 a 5 eixos—geralmente fornecendo desempenho ao longo dos eixos XYZ e, se aplicável, ao redor dos eixos rotacionais. O eixo X e o eixo Y designam o movimento horizontal (lado a lado e para frente e para trás, respectivamente, em um plano plano), enquanto o eixo Z representa o movimento vertical (para cima e para baixo) e o W -axis representa o movimento diagonal através de um plano vertical. Nas fresadoras CNC básicas, o movimento horizontal é possível em dois eixos (XY), enquanto os modelos mais recentes permitem os eixos de movimento adicionais, como máquinas CNC de 3, 4 e 5 eixos. A Tabela 1, abaixo, descreve algumas das características das fresadoras categorizadas pelo número de eixos de movimento.

Tabela 1 – Características das Fresadoras por Eixos de Movimento

Dependendo do tipo de fresadora empregada, a máquina-ferramenta, a mesa de trabalho da máquina ou ambos os componentes podem ser dinâmicos. Normalmente, as mesas de trabalho dinâmicas se movem ao longo dos eixos XY, mas também são capazes de se mover para cima e para baixo para ajustar a profundidade de corte e girar ao longo do eixo vertical ou horizontal para uma maior faixa de corte. Para aplicações de fresamento que exigem ferramentas dinâmicas, além de seu movimento rotativo inerente, a máquina-ferramenta se move perpendicularmente ao longo de vários eixos , permitindo que a circunferência da ferramenta, em vez de apenas sua ponta, corte a peça de trabalho. Fresadoras CNC com maiores graus de liberdade permitem maior versatilidade e complexidade nas peças fresadas produzidas.

Tipos de Fresadoras

Existem vários tipos diferentes de fresadoras disponíveis que são adequadas para uma variedade de aplicações de usinagem. Além da classificação baseada apenas na configuração da máquina ou no número de eixos de movimento, as fresadoras são classificadas com base na combinação de suas características específicas. Alguns dos tipos mais comuns de fresadoras incluem:

• Tipo de joelho
• Tipo de carneiro
• Tipo de cama (ou tipo de fabricação)
• Tipo de plaina

Tipo joelho: As fresadoras tipo joelho empregam um fuso fixo e uma mesa de trabalho ajustável verticalmente que repousa sobre a sela apoiada pelo joelho. O joelho pode ser abaixado e levantado na coluna dependendo da posição da máquina-ferramenta. Alguns exemplos de fresadoras do tipo joelho incluem fresadoras horizontais planas montadas no piso e do tipo bancada.

Tipo de aríete: As fresadoras do tipo aríete empregam um fuso afixado a um alojamento móvel (ou seja, aríete) na coluna, o que permite que a máquina-ferramenta se mova ao longo dos eixos XY. Duas das fresadoras tipo aríete mais comuns incluem fresadoras de cabeça de corte giratórias e horizontais universais montadas no piso.

Tipo leito: As fresadoras tipo leito empregam mesas de trabalho afixadas diretamente na mesa da máquina, o que impede que a peça se mova ao longo do eixo Y e do eixo Z. A peça de trabalho é posicionada abaixo da ferramenta de corte, que, dependendo da máquina, é capaz de se mover ao longo dos eixos XYZ. Algumas das fresadoras tipo leito disponíveis incluem fresadoras simplex, duplex e triplex. Enquanto as máquinas simplex empregam um fuso que se move ao longo do eixo X ou do eixo Y, as máquinas duplex empregam dois fusos e as máquinas triplex empregam três fusos (dois horizontais e um vertical) para usinagem ao longo dos eixos XY e XYZ, respectivamente.

Tipo de plaina: As fresadoras do tipo plaina são semelhantes às fresadoras de leito, pois possuem mesas de trabalho fixas ao longo dos eixos Y e Z e fusos capazes de se mover ao longo dos eixos XYZ. No entanto, as máquinas do tipo plaina podem suportar várias máquinas-ferramentas (normalmente até quatro) simultaneamente, o que reduz o tempo de espera para peças complexas.

Alguns dos tipos especializados de fresadoras disponíveis incluem fresadoras de mesa rotativa, tambor e fresadoras planetárias. As fresadoras de mesa rotativa possuem mesas de trabalho circulares que giram em torno do eixo vertical e empregam máquinas-ferramentas posicionadas em alturas variadas para operações de desbaste e acabamento. As fresadoras de tambor são semelhantes às máquinas de mesa rotativa, exceto que a mesa de trabalho é chamada de “tambor” e gira em torno do eixo horizontal. Nas máquinas planetárias, a mesa de trabalho é estacionária e a peça de trabalho é cilíndrica. A máquina-ferramenta rotativa se move pela superfície da peça cortando recursos internos e externos, como roscas. 

Considerações materiais

O processo de fresamento CNC é mais adequado como um processo de usinagem secundário para fornecer recursos de acabamento para uma peça projetada sob medida, mas também pode ser usado para produzir projetos personalizados e peças especiais do início ao fim. A tecnologia de fresamento CNC permite ao processo usinar peças de uma ampla gama de materiais, incluindo:

• Metais (incluindo ligas, exóticos, pesados etc.)
• Plásticos (incluindo termofixos e termoplásticos)
• Elastômeros
• Cerâmica
• Compósitos
• Vidro

Como em todos os processos de usinagem, ao selecionar um material para uma aplicação de fresamento, vários fatores devem ser considerados, como as propriedades do material (ou seja, dureza, resistência à tração e cisalhamento e resistência química e à temperatura) e o custo-benefício da usinagem do material. Esses critérios determinam se o material é adequado para o processo de fresagem e as restrições orçamentárias da aplicação de fresagem, respectivamente. O material escolhido determina o(s) tipo(s) de máquina(s)-ferramenta(s) empregada(s) e seu(s) projeto(s), e as configurações ideais da máquina, incluindo velocidade de corte, taxa de avanço e profundidade de corte.

Alternativas

O fresamento CNC é um processo de usinagem mecânico adequado para usinar uma ampla gama de materiais e produzir uma variedade de peças personalizadas. Embora o processo possa demonstrar vantagens em relação a outros processos de usinagem, pode não ser apropriado para todas as aplicações de fabricação e outros processos podem ser mais adequados e econômicos.

Alguns dos outros processos de usinagem mecânica mais convencionais disponíveis incluem furação e torneamento. A furação, como a fresagem, normalmente emprega ferramentas multiponto (ou seja, brocas), enquanto o torneamento emprega ferramentas de ponto único. No entanto, enquanto no torneamento a peça de trabalho pode ser movida e girada de maneira semelhante a algumas aplicações de fresamento, na furação a peça de trabalho fica estacionária durante toda a operação de furação.

Alguns dos processos de usinagem mecânica não convencionais (ou seja, não empregam máquinas-ferramentas, mas ainda empregam processos mecânicos de remoção de material) incluem usinagem ultrassônica, corte com jato de água e usinagem com jato abrasivo. Processos de usinagem não convencionais e não mecânicos – ou seja, processos de usinagem química, elétrica e térmica – fornecem métodos alternativos adicionais de remoção de material de uma peça de trabalho que não empregam máquinas-ferramentas ou processos mecânicos de remoção de material e incluem fresamento químico, rebarbação eletroquímica , corte a laser e corte a plasma. Esses métodos de usinagem não convencionais suportam a produção de peças mais complexas, exigentes e especializadas, que normalmente não são possíveis por meio de processos de usinagem convencionais.   

Resumo

Delineados acima estão os fundamentos do processo de fresagem CNC, várias operações de fresagem CNC e seus equipamentos necessários, e algumas das considerações que podem ser levadas em consideração pelos fabricantes e oficinas mecânicas ao decidir se a fresagem CNC é a solução mais ideal para sua usinagem específica. inscrição.

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Origens

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