Apostila Parte 1 Fresamento PDF

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APOSTILA FRESAMENTO 2003 - EME005...

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UNIFEI / IEM /DPR EME56

CADERNO DE RESUMO PARA A PRIMEIRA AVALIAÇÃO

Autor Prof. José Hamilton Chaves Gorgulho Júnior Revisor: Prof. Marcos Aurélio de Souza

SET/2003

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As fresadoras 1.1 Introdução

Historicamente não se sabe ao certo quando surgiu a operação de fresagem 1 existem alguns registros que indicam que a primeira fresadora surgiu por volta de 1818 invenção do engenheiro americano Eli Whitney que a criou para usinagem de peças para armamento.

Figura 1 Uma fresadora, além do movimento principal de corte que é realizado pela rotação da fresa, possui no mínimo mais três direções e movimento realizados pelas mesas o que possibilita a obtenção das mais variadas superfícies

A fresadora, ou máquina de fresar é a máquina em que o movimento principal de corte (que é de rotação), é realizado pela ferramenta normalmente multicortante (isto é possui múltiplos gumes de corte), a peça geralmente realiza os movimentos de avanço que podem ser de translação e/ou rotação, a combinação dos movimentos realizados pela peça e a forma da ferramenta resulta nas mais variadas superfícies. Sendo assim tem-se uma máquina elaborada para execução facilitada de peças prismáticas, ao contrário do torno que executa principalmente peças rotacionais (perfil de revolução).

1.2 Operações básicas As fresadoras são capazes de executar diversos tipos de operações dependendo de sua configuração, acessórios e ferramentas. Pode-se citar: Superfícies planas, planas inclinadas, curvas e irregulares (Figura 2); Canais simples, em T, cauda de andorinha ( Figura 3); Eixos com seção regular (Figura 4); Furos (Figura 5); Cavidades poligonais e circulares ( Figura 6); Rasgos de chaveta ( Figura 7); Engrenagens e cremalheiras (Figura 8);

Figura 2 Superfícies plana, curva (convexa e côncava) e complexa.

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O nome da operação (fresagem) deriva do nome da ferramenta utilizada para tal, a fresa, esta expressão por sua vez vem do francês fraise que significa moranguinho e este nome é devido ao formato de uma ferramenta manual primitiva, em forma de uma bola, na qual, antes da têmpera se levantavam, com uma talhadeira, numerosas rebarbas, a forma final desta ferramenta lembrava um morango. No entanto, no Brasil, diversos autores utilizam a expressão fresamento para designar esta operação de usinagem e esta expressão foi também adotada pela ABNT, portanto a princípio ambas as designações estariam corretas. revisão 7

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Figura 3 Canais

Figura 4 Peças com seção formada por polígonos regulares

Figura 5

Figura 6 Cavidades (bolsões).

Furação.

Figura 7 Rasgos de chaveta.

Figura 8 Engrenagens e cremalheiras.

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1.3 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 universal, que pode ser observada na Figura 9 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: Pode se dividir 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, permitindo-se 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 can alizar 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. Em alguns modelos quando se utiliza a configuração vertical o torpedo é deslizado para trás. Cabeçote vertical: Dispositivo que se fixa na coluna da fresadora e conecta-se ao eixo-árvore, alterando a configuração de horizontal para vertical em alguns modelos o cabeçote vertical é fixado no torpedo 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 e/ou 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.

1 Torpedo; 2 - Eixo porta Fresa; 3 Fresa Circular; 4 - Mesa; 5 - Volante de acionamento do movimento transversal; 6 Console; 7 - Volante de acionamento do movimento vertical; 8 Base; 9 Sela inferior; 10 Sela superior; 11 volante de acionamento do movimento longitudinal; 12 Barramento vertical; 13 Porta da coluna; 14 - Coluna

Figura 9 Principais componentes de uma fresadora universal.

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Figura 10 Uma fresadora universal pode ser montada tanto como fresadora horizontal como mostra a figura a esquerda como vertical como mostra a figura a direita

1.4 Tipos de fresadoras Pode-se classificar as fresadoras de diversas formas, sendo as principais classificações as que levam em consideração o tipo de avanço, à finalidade, a posição do eixo-árvore em relação a mesa de trabalho e a sua aplicação. Tem-se: Quanto ao avanço: Manual; Automático (hidráulico ou elétrico). Quanto à finalidade De oficina, também chamada de ferramenteira (maior flexibilidade); De produção (maior produtividade); Quanto a posição do eixo-árvore: 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 eixos-árvore simultâneos); Triplex; Multiplex; Especiais. Quanto a aplicação: Convencional; Pantográfica (fresadora gravadora); Copiadora (o apalpador toca um modelo e a ferramenta o reproduz na peça); Chaveteira (específica para fazer chavetas internas e/ou externas); Dentadora (específica para usinar engrenagens); AFigura 11 ilustra de forma esquemática uma fresadora horizontal, uma fresadora vertical e uma fresadora duplex (com os dois eixos-árvore horizontais). Pode-se destacar que na configuração duplex poder-se-ia ter um eixo horizontal e outro vertical, ou ainda os dois eixos na vertical.

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Figura 11 Fresadora horizontal, fresadora vertical, fresadora duplex.

Figura 12 Na fresadora Pantográfica a esquerda o modelo a ser copiado é percorrido manualmente pelo operador, enquanto que na fresadora copiadora a direita o movimento em direção ao apalpador é realizado de forma automática

Figura 13 A esquerda uma fresadora chaveteira externa e a direita uma fresadora chaveteira interna

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Figura 14 Detalhe de uma dentadora do tipo Fellows

1.5 Principais acessórios Existem basicamente três grupos de acessórios utilizados em fresadoras: Os cabeçotes que são utilizados para possibilitar maior flexibilidade ao posicionamento das ferramentas ou ainda para possibilitar movimentos especiais as mesmas; Os dispositivos para fixação das ferramentas; que servem para convenientemente fixar as ferramentas aos cabeçotes; Os dispositivos para fixação das peças; utilizados para fixar as peças à mesa, para possibilitar sua usinagem.

1.5.1 Cabeçotes Podem-se dividir os cabeçotes em dois grandes grupos: Cabeçotes motorizados; que possuem acionamento próprio; E os cabeçotes acionados pela árvore da fresadora; neste caso o cabeçote é acoplado a árvore da fresadora e o sistema de acionamento da máquina é o responsável pelos movimentos do cabeçote.

Figura 15 Alguns tipos de cabeç otes motorizados

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Figura 16 Alguns exemplos de cabeçotes cujo o acionamento e dependente da árvore da fresadora

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Os cabeçotes motorizados podem ser adaptados a qualquer tipo de fresadora enquanto que os outros são específicos para cada modelo de fresadora e são de difícil adaptação a outras máquinas. Existe uma grande variedade de cabeçotes acionados pela árvore dentre os quais pode-se destacar: Cabeçotes angulares; utilizados para possibilitar uma nova direção para o eixo de rotação da ferramenta e com isto atingir novas posições para a ferramenta; Cabeçotes chaveteiro, também chamado de cabeçote plainador; é um cabeçote que converte o movimento de rotação da árvore em movimento retilíneo alternado da ferramenta é utilizado principalmente para abertura de rasgos de chaveta em furos;

Figura 17 Cabeçote angular, utilizado para mudar a orientação do eixo de rotação da ferramenta

Figura 18 Cabeçote chaveteiro ou plainador, este cabeçote converte o movimento de rotação da árvore em movimento retilíneo alternado da ferramenta

Cabeçote de rosquear; a abertura de roscas com o uso de fresadoras só pode ser realizada em duas situações: ou quando a máquina possui a chamada árvore indexada, ou seja, a possibilidade de se estabelecer sincronismo entre o movimento de rotação da árvore e seu avanço ou com o uso de um cabeçote de rosquear neste caso o cabeçote permite que seja possível a abertura de roscas com o uso de machos ou cossinetes, o cabeçote executa duas funções básicas: permitir o giro no sentido de corte, com limitação do torque máximo transmissível, para evitar a quebra da ferramenta e permite a inversão automática do sentido de rotação com velocidade acelerada ao ser atingido o comprimento desejado da rosca, os cabeçotes de rosquear em função da possibilidade de deslocamento axial da ferramenta permitem que o sincronismo ente a rotação e o deslocamento da ferramenta seja atingido de forma natural;

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A Figura 19 mostra um dispositivo destes, composto de uma carcaça exterior, impedida de gi rar por uma haste de travamento. A tampa da carcaça é atravessada pelo eixo (2) ligado ao cone Morse de fixação a arvora da máquina. Na parte inferior da carcaça tem-se o eixo (1) que está ligado ao mandril onde será fixada a ferramenta a ser utilizada para abertura da rosca. No eixo (2) esta fixada através de chaveta o prato de arraste (3), que possui um núcleo cônico (C1) revestido de material de fricção, e também um cone interno (C3). O núcleo cônico (C1) pode se acoplar ao cone do mandril (C2) e para este transmitir rotação. O cone interno (C3) por sua vez faz rodar os roletes de atrito (4), que são em número de seis. No rosqueamento (Metade esquerda da Figura 19), a descida da árvore, (que deve descer a uma velocidade compatível com o passo da rosca e a rotação do mandril), faz o cone C1 acoplar-se ao cone C2 acionando diretamente o Fonte Stemmer (1992) eixo (1) com a mesma velocidade do eixo (2), o torque é limitado pelo atrito entre os dois Figura 19 Dispositivo de roscar com limitação do torque e cones. inversão automática de rotação No desrosqueamento (Metade direita da Figura 19), tão logo a rosca atinge seu comprimento final o movimento de avanço da árvore cessa e tem sua direção invertida, isto faz com que o eixo (1) desça desacoplando os cones C2 e C1 e fazendo com que o cone externo C4 tenha contato com os roletes (4), isto faz com que a rotação do mandril se inverta e dobre de rotação retirando a ferramenta. Cabeçote de broquear e facear; estes cabeçotes permitem que o raio de rotação da ferramenta seja alterado conforme desejado e com isto é possível à obtenção de diâmetros precisos, para tanto este cabeçote possui uma parte inferior que pode se deslocar mediante o comando de um colar graduado, em alguns modelos à alteração do raio da ferramenta pode ser realizado com o cabeçote em rotação e neste caso o cabeçote possui a possibilidade suplementar de executar faceamentos ou mesmo a abertura de canais no interior de furos.

Figura 20 Cabeçote de broquear, neste cabeçote a parte inferior e capaz de se deslocar em relação a parte superior e com isto é possível alterar o raio de giração da ferramenta

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1.5.2 Acessórios para fixação das ferramentas 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 pode-se fixar um mandril ou uma ferramenta de haste cônica. Para garantir a fixação utiliza-se 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 eixo-árvore, que pode ser Morse (menor esforço) ou Iso (maior fixação). Normalmente se tratam de ferramentas relativamente grandes. Para se fixar ferramentas menores, que possuem outra dimensão de cone, utiliza-se um mandril adaptador, como mostrado pela Figura 21. Nesta mesma figura pode-se observar na ponta do mandril a rosca onde se fixa a haste roscada.

Figura 21 Mandril adaptador para ferramentas de haste cônica. Com relação ao mandril, têm-se três tipos: universal (Jacobs), porta-pinça; 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 1.17 apresenta um mandril Jacobs.

Figura 22 Mandril universal tipo Jacobs. O mandril porta-pinça 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

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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 é o mandril propriamente dito, possui uma cavidade que receberá a pinça. Esta cavidade possui uma superfície cônica de formato igual ao da pinça. A segunda parte é denominada de porca, e é rosqueada no mandril. A Figura 23ilustra um mandril porta-pinça e dois modelos de pinça. Durante o rosqueamento a porca força a pinça a entrar na cavidade do mandril, e devido à forma cônica, obriga a pinça a se fechar e fixar a ferramenta.

Figura 23 Mandril porta pinça e dois modelos de pinças.

Figura 24 Existem vários modelos de pinça e para cada modelo deve ser escolhido um porta pinça adequado Para ferramentas de maior porte, e conseqüentemente, maio res esforços de usinagem, é necessário uma maior garantia de que não haja um deslizamento entre o mandril e a própria ferramenta. Nestes casos o mandril

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possui chavetas, que podem ser transversais (quando o mandril é curto) ou longitudinais. A Figura 25 apresenta alguns modelos de mandril.

Cone de fixação

Figura 25 Alguns modelos de mandril. A Figura 26 apresenta um mandril curto com chaveta longitudinal. AFigura 27 ilustra o mandril curto com chaveta transversal. A Figura 28 apresenta um mandril porta-fresa longo com chaveta longitudinal, também denominado de eixo porta-fresa de haste longa.

Figura 26 Mandril porta-fresa curto com chaveta longitudinal.

Figura 27 Mandril porta-fresa curto com chaveta transversal.

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Figura 28 Mandril porta-fresa longo com chaveta longitudinal. Os cones dos eixos porta fresa assim como dos porta pinças e também dos mandris podem seguir vários padrões os dois mais comuns são os cone do tipo Morse e do tipo ISO, a Figura 29 e Figura 30 apresentam estes cones.

Figura 29 Dimensões básicas dos cones padrão ISO

Figura 30 Dimensões básicas dos cones padrão Morse

1.5.3 Acessórios para fixação das peças O objetivo da fixação das peças é: Garantir que a peça esteja convenientemente posicionada e orientada; Garantir que a peça suporte os esforços de corte sem que haja deslocamentos; revisão 7

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Impedir a deformação da peça seja em função dos esforços e corte ou mesmo do esforço de fixação. Atualmente o único princípio que existe para direcionar o projeto de dispositivos de fixação de peças é o chamado Princípio 3 2 1. A Figura 31 apresenta sinteticamente este princípio.

a) Um corpo no espaço possuí 12 graus de liberdade, seis de

b) Para isto três localizadores ( Localizadores Primários), são

translação (+X, -X, +Y, -Y, +Z e -Z), e seis de rotação (+ , - ,

posicionado para definirem um plano chamado de plano

+ , - , + , e - ) o objetivo do dispositivo é eliminar estes graus

primário, a peça apoiada neste plano perde 5 graus de liberdade,

de liberdade.

1 translação e 4 rotações e orienta-se o eixo Z.

c) Com a colocação de mais 2 localizadores (Localizadores

d) Colocando-se agora mais um localizador (Localizador

Secundários), situados em um plano perpendicular ao plano

Terciário) sit uado em um plano perpendicular aos dois planos

primário, elimina-se mais 3 graus de liberdade (2 rotações e 1

anteriores, elimina-se uma translação e com isto a peça está

translação) e orienta-se os eixos X e Y.

orientada e posicionada.

Figura 31 Princípio 3-2-1 aplicado para orientação e posicionamento de peças prismáticas. O Princípio 3 2 1 garante que a peça está convenientemente posicionada e orientada, mas a peça ainda não está imobilizada, para isto torna-se necessário à aplicação de elementos de sujeição que então imobilizarão completamente a peça. Os acessórios para fixação de peças se prestam para estas funções de posicionar, orientar e imobilizar as peças. A seguir serão apresentados os principais elementos utilizados para esta função que são: revisão 7

Parafusos e grampos de fixação (Figura 32); Calços (Figura 33); Cantoneiras de angulo fixo ou ajustável (Figura 34); Morsas (Figura 35); Mesa divisora (Figura 36 ); Divisor universal e contraponto (Figura 37). 18

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Sistemas modulares de fixaçã o (Figura 38)

Figura 32 Parafusos e grampos de fixação.

Figura 33 Calços.

Figura 34 Cantoneiras (de ângulo fixo e ajustável).

Figura 35 Morsas.

Figura 36 Mesa divisora.

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Figura 37 Divisor universal e contraponto.

Figura 38 Sistemas modulares de fixação

É muito importante ressaltar, que a instalação dos acessórios na mesa de trabalho da fresadora, deve ser realizada com muita atenção para evitar erros dimensionais na usinagem. O exemplo clássico é a instalação de uma morsa. Após sua fixação na mesa deve-se 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 à mesa.

1.5.3.1 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 pode -se usinar peças com seções na forma de polígonos regulares (quadrados, hexágonos, etc.), e...