Aula 12 Torneamento - Introdução

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1 Aula 12 Torneamento - Introdução
Pontifícia Universidade Católica de Goiás Departamento de Engenharia Curso: Engenharia de Controle e Automação Disciplina: Processos de Fabricação I Prof. Jorge Marques dos Anjos Aula 12 Torneamento - Introdução

2 Conceito O processo de usinagem que se baseia no movimento da peça em torno de seu próprio eixo chama-se torneamento

3 Movimentos Movimento de corte: relacionado à peça
Movimento de avanço: relacionado à ferramenta Movimento de penetração, profundidade de corte: relativo a ferramenta.

4 Operações Superfícies cilíndrica internas e externas
Superfícies cilíndrica cônicas internas e externas

5 Operações Machos e cossinetes

6 O Torno Mecânico Universal

7 Carros f = carro principal (longitudinal); o carro transversal movimenta-se sobre ele. e = carro transversal; o carro porta ferramentas movimenta-se sobre este. i = carro porta ferramentas; permite rotação em torno de seu eixo d = porta ferramentas; apoia-se no carro porta ferramentas, permite rotação. j = cremalheira; quando engrenada ao fuso desloca o carro transversal com avanço uniforme e automático. k = fuso: controla o avanço automático l = vara: guia do carro transversal.

8 Prendendo a peça Placa

9 Prendendo pela superfície externa
Fixação é feita por meio da parte raiada interna das castanhas voltada para o eixo da placa universal

10 Prendendo pela superfície interna
Fixação é feita por meio da parte raiada externa das castanhas

11 Prendendo peça em formato de disco
Usa-se castanhas invertidas

12 Faceamento Localizar a altura: Usa-se o contra-ponta como referência.
Depois, toca-se na peça e Zera o anel graduado do carro longitudinal Usina-se +/- 0,2 mm na face.

13 Marcação do comprimento
Realizar no material uma superfície plana perpendicular ao eixo do torno Operação de 0,2 mm

14 Etapas de um torneamento básico
Prender a peça na castanha Prender a ferramenta no porta ferramentas Localizar a posição vertical do eixo da peça (da castanha) Localizar a face da peça (ponto mais alto) Zerar o dial (disco graduado) do carro longitudinal. Retornar a ferramenta Regular o torno na velocidade de corte determinada Ligar o torno Aproximar a ferramenta, avançar a profundidade de faceamento desejada (normalmente 0,2 mm). O faceamento é necessário para formar um plano de referência.

15 Etapas de um torneamento básico
Facear a peça. Verificar se o faceamento removeu os relevos, isto é, garantiu o plano de referência. Se necessário, repetir a operação de faceamento com novo avanço. Medir o comprimento a ser usinado e marcar este local com a ferramenta encostando na peça em movimento. Nesta etapa pode aproveitar para zerar o carro transversal. Aproximar a ferramenta e usinar com a profundidade de corte e avanço determinada.

16 Rotação do torno Cálculo da rotação: 𝑛= 𝑉 𝑐 . 1 000 /𝜋𝐷
𝑛= 𝑉 𝑐 /𝜋𝐷 𝑛 = rotação por minuto (RPM) 𝑉 𝑐 = velocidade de corte = 𝑓(mat.peça; ferramenta) 𝐷 = Diâmetro (inicial, máximo) da peça

17 Síntese da operação de torneamento
Realizar o movimento de aproximação Realizar a operação de usinagem Medir a peça Repetir até chegar nas dimensões desejadas

18 Vídeo

19 Torneamento – cabeçote móvel
O cabeçote móvel é a parte do torno que se desloca sobre o barramento

20 Cabeçote Móvel - Funções
Suporte para contra-ponta: apoia uma das extremidades da peça. O contra-ponta é usado para evitar vibração em peças de médio comprimento.

21 Cabeçote Móvel - Funções
Fixar mandril, que, por sua vez fixa um broca, um alargador ou macho de rosca.

22 Cabeçote Móvel - Funções
Suporte para operações de rosqueamento manual

23 Cabeçote Móvel - Funções
Deslocamento da contra-ponta para usinagem de formatos cônicos

24 Luneta Acessório para garantir a estabilidade de peças longas e finas no processo de usinagem Permite usinagem externa e interna Necessário a lubrificação no contato da luneta com a peça Necessário utilizar um relógio comprarador para centralização da peça Podem ser fixas ou móveis

25 Luneta Fixa Presa no barramento, possui três castanhas reguláveis por parafusos Utilizada para torneamento internos como furos, rasgos

26 Luneta Móvel Possui duas castanhas e apoia a peça durante o avanço da ferramenta Presa no carro principal do torno Utilizada para torneamentos externos

27 Vídeo

28 Como usinar peças de formatos assimétricos?

29 Acessórios de usinagem
Castanhas independentes Placa lisa Centro postiço

30 Castanhas Independentes (placa lisa)
Função de fixar peças assimétricas Fixação com cantoneiras

31 Centro postiço Dispositivo de fixação provisório
Colocados nos furos da peça para apoio

32 Centro postiço Usar discos colocados nas extremidades da peça
Usar calços (de madeira) para evitar flambagem

33 Placa quatro castanha É necessário colocar pesos no lado oposto para manter o equilíbrio

34 Castanhas independentes (4 castanhas)

35 Peças cônicas Usinagem de peças com ângulos internos ou externos
Inclinação do carro superior Deslocamento da contra-ponta Aparelho conificador

36 Peças cônicas Inclinação do carro superior
Peças de pequena comprimento 𝑡𝑔𝛼 = (𝐷 – 𝑑)/2𝐶 Avanço manual

37 Peças cônicas Inclinação da contra-ponta (visto na aula 9)
Peças mais longas com pequena conicidade (aprox. 10º) Avanço automático do carro principal

38 Peças cônicas Aparelho conificador Tornear peças cônicas em série
Copiador cônico inclinando o carro superior Pontas de torno Pinos cônicos

39 Sangrar e cortar Sangrar (acanalar) é usinar com uma ferramenta especial, penetrando na peça, formando perfis paralelos (formato de canal)

40 Sangrar e cortar Cortar com o torno é realizar a operação de sangrar até que a ferramenta toque o eixo da peça

41 Usinagem de roscas

42 Formas de Rosqueamento
Rosqueamento com tarraxas: roscas externas

43 Formas de Rosqueamento
Rosqueamento com machos: roscas internas

44 Formas de Rosqueamento
Rosqueamento ferramentas gumes cortantes: roscas internas e externas com dimensões maiores

45 Tipos de Penetração Perpendiculares Roscas pequenos passos
Material macio (alumínio, Fofo, Bronze) Cavacos moles

46 Tipos de Penetração Oblíqua Roscas passos maiores
Material médio ou duro (aço ligas) Menor esforço de corte Ângulo adequado saída do cavaco (refrigeração)

47 Tipos de ferramentas

48 Tipos de roscas

49 Operação de rosqueamento
As roscas mais comuns são as triangulares Escartilhão = gabarito de roscas

50 Operação de rosqueamento
As roscas mais comuns são as triangulares Verificador de rosca

51 Operação de rosqueamento
Calibrador de roscas

52 Roscas especiais Mudando a ferramenta: Roscas trapezoidal
Roscas quadradas Broqueador (roscas internas) Mudando o sentido do carro Roscas à esquerda ou à direita Mudando o passo (deslocamento) Roscas múltiplas

53 Tipos de Tornos Torno universal Grande versatilidade.
Grande dependência do operador. Não adequado à pro-dução em série. Aplicado à fabricação de peça única ou pequenas quantidades, como confecção de moldes e outras ferramentas e recuperação de elementos de máquinas (manutenção)

54 Tipos de Tornos Torno revolver Troca rápida de ferramenta.
Aplicação em produção em série de peças relativamente pequenas de lotes pequenos a médios. Médio grau de automação (mecânica)

55 Tipos de Tornos Torno copiador
Copia um perfil por comando mecânico ou eletrônico. Alto grau de automação. Reprodução em série Baixas velocidades e avanços. Torno copiador para madeira

56 Tipos de Tornos Torno automático - mecânicos
Sistemas mecânicos ou eletromecânicos comandam automaticamente a toca de ferramentas, reversão, variação de profundidades e rotações, etc. Tempo de setup elevado. Alto grau de automação. Fabricação em série de larga escala. Grandes lotes Pouca flexibilidade

57 Tipos de Tornos Tornos automáticos – CNC
Alto grau de automação eletrônica: movimentos acionados por motores comandados por computador. Baixo tempo de setup Produção de pequenos ou grandes lotes. Alta flexibilidade. Pouca dependência do operador. Facilidade de obtenção de formas complexas.

58 Tipos de Tornos Exemplos de tornos CNC

59 Tipos Tornos Exemplos de peças tipicamente produzidas por CNC

60 Tipos de Tornos Torno Vertical
Peças de grande diâmetro e pequeno comprimento relativo. Baixa flexibilidade Geralmente com alto grau de automação (mecânica ou eletrônica)

61 Tipos de Tornos Tornos especiais
Máquinas dedicadas a uma determinada operação podem ser projetadas e construídas. Os tornos especiais são geralmente dedicados a série única de família de peças ou, as vezes, a unicamente uma determinada peça produzida em série.

62 Forças de Torneamento A força aplicada pela peça sobre a ferramenta é a resultante das forças de corte propriamente dita (tangencial à peça), da força de avanço, das forças de apoio e atritos. Para efeito prático, apenas a chamada FORÇA DE CORTE (Fc) é considerada, pois as demais, em relação a esta, são desprezíveis

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64 Força de corte A força específica de corte é de difícil desenvolvimento por meio da fenomenologia da remoção de cavaco. Métodos empíricos, em laboratório, determinam a PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE (Ks) dos materiais e a força de corte pode ser calculada por: 𝐹𝑐=𝐾𝑠𝐴 Fc = força de corte Ks = pressão específica de corte (tabelado) A = área seccional de remoção de cavaco

65 Área da Seção do Cavaco (A)
Área da seção é a profundidade vezes o avanço de corte 𝐴=𝑝𝑎

66 Força de corte (Fc) 𝑭𝒄 = 𝑲𝒔.𝑨 𝑭𝒄 = 𝑲𝒔.𝒑.𝒂 p= Profundidade (mm) a=Avanço (mm/rot) Ks = pressão espec. corte (kN/mm²) Fc = Força de corte (kN)

67 Valores de Ks

68 Potência de corte (Pc) O quanto é solicitado do eixo-árvore da
máquina para a realização de uma determinada usinagem. Ajuda a estabelecer o quanto podemos exigir de uma máquina-ferramenta para um máximo rendimento, sem prejuízo dos componentes dessa máquina, obtendo-se assim boas condições de usinabilidade.

69 Potência de corte (Pc) 𝑃𝑐=𝐹𝑐.𝑉𝑐
A fórmula prática de determinação da potência, já realizando todas as transformações de unidades é: 𝑷𝒄= 𝑭𝒄.𝑽𝒄 𝜼.𝟔𝟎.𝟎,𝟕𝟑𝟓𝟓 = 𝑭𝒄.𝑽𝒄 𝜼.𝟒𝟒,𝟏𝟑 Pc = potência de corte em CV (1CV = 0,7355KW) Fc = força de corte em KN Vc = velocidade de corte em m/min η = rendimento da máquina (motor e sistema de transmissão)

70 Algumas Recomendações de Vc

71 Exercícios Determine a potência de corte requerida para desbastar uma peça de aço ABNT 1045, com ferramenta de metal duro, aplicando-se a profundidade de 1,2 mm e o avanço de 0,4 mm. Use a máxima velocidade da ferramenta e rendimento da máquina η = 0,65. Reconsidere o exercício 1. Caso a potência motriz do torno utilizado seja de 3 CV, qual deve ser a profundidade máxima de corte?

72 Velocidade de corte (Vc) no torneamento e em outras usinagens por rotação.
Velocidade de corte com Movimento de Rotação (Vc) com movimentos de rotação como torneamento, furação e fresamento. 𝑉𝑐= 𝜋𝑑𝑛 1000 d = diâmetro do elemento em rotação; isto é, a peça ou a ferramenta (broca/fresa) em mm n = nº de rotação por minuto (rpm) Vc = velocidade de corte em m/min

73 Tabelas

74 Velocidade de avanço (Va)
Velocidade de avanço (Va): é o percurso de avanço da peça ou da ferramenta em mm/min. Va = a.n Va = Velocidade de avanço em mm/min a = Avanço em mm/rotação (mm/volta) n = Rotação por minuto (rpm). Frequência

75 Tempo de corte (Tc) Torneamento cilíndrico.
Torneamento longitudinal 𝑻𝒄 = 𝑳 𝑽𝒂 = 𝑳 𝒂𝒏 (min) 𝐿 = comprimento da usinagem (mm) 𝑎 = avanço (função da potência e do acabamento superficial) 𝑛 = rpm (função da velocidade de corte; ou seja, da relação ferramenta/peça e das limitações de rotações do torno)

76 Tempos de corte de faceamento
Torneamento transversal (faceamento, sangramento) 𝑻𝒄= Tempo de corte em min 𝒑 = avanço transversal; ou seja, a penetração em mm/rot. 𝒏= rotação em rpm Obs: em máquinas CNC, é possível variar a rotação e manter Vc constante: 𝑇𝑐= 𝑑 2 𝑑/2 0 𝑉𝑓 −1 𝛿𝑑 𝑻𝒄 = 𝒅 𝟐𝑽𝒂 = 𝒅 𝟐𝒑𝒏 (min) 𝑻𝒄 = (𝑫−𝒅) 𝟐𝑽𝒂 = (𝑫−𝒅) 𝟐𝒑𝒏 (min)

77 Determinação da RPM (n)
Dadas as características da usinagem, o objetivo inicial é determinar a rotação a ser utilizada. 𝑛= 𝑉𝑐.1000 𝜋𝑑 n = frequência em rotações por minuto (RPM) d = diâmetro da peça (ou da ferramenta) em mm Vc = velocidade de corte em m/min

78 Exercícios Determine a rotação que deve ser empregada para desbastar, no torno, um tarugo de aço ABNT 1060 de 100 mm de diâmetro, usando uma ferramenta de aço rápido. Reconsidere a questão 1. Substitua a ferramenta por metal duro e determine a nova rotação ideal. Se a caixa de engrenagens do torno permite selecionar as velocidades (rotações): 20, 40, 70, 120, 180, 250, 350, 500 e 700 RPM, qual a ferramenta mais adequada para a executar a usinagem do material especificado (questão 1)? Por que?

79 Seleção da rotação Os tornos tradicionais possuem certas quantidades fixas de rotação, selecionadas pela caixa de câmbio. Feito o cálculo, deve-se selecionar a rotação mais próxima da calculada. Máquinas mais modernas podem ter suas velocidades (rotações) regulada linearmente por variação de frequência do motor CA ou da corrente do motor CC.

80 Exercícios Determine o tempo de corte para uma passada de desbaste de 1,2 mm de profundidade com avanço de 0,6 mm, em torneamento cilíndrico, de um tarugo de aço 1020 de 200 mm de diâmetro e 400 mm de comprimento, utilizando ferramenta de HSS e um torno de 4 CV, 0,7 de eficiência e com as seguintes velocidades disponíveis: 30, 50, 90, 120, 180, 250, 380, 500, 750, 900 RPM. Reconsidere o exercício 1: se for necessário reduzir o diâmetro de 200 para 180 mm (apenas desbaste) e sabendo-se que o operador gasta 3 minutos de ajustes antes de iniciar uma nova passada, qual será o tempo de usinagem de desbaste deste cilindro?

81 Tornos CNC São máquinas cujos movimentos são comandados por computador

82 Sistema de coordenadas
Os tornos CNC (e outras máquinas CNC também) trabalham segundo um sistema de coordenadas. Neste sistema, o eixo Z é o principal eixo da máquina. No torno, o eixo X é transversal e o Z longitudinal. O eixo Y, no torno, permanece na posição Zero; ou seja, é ignorado. Há ainda, genericamente, os eixos de rotação A, B e C, respectivamente girando em torno de X, Y e Z. Algumas máquinas são dotadas de todos os eixos, outras apenas parte deles

83 Coordenadas Eixos do torno

84 Zero Peça É o ponto de referência para usinagem da peça. Escolhe-se a face de encosto na castanha ou a face oposta à castanha, com X=0.

85 Coordenadas Absolutas e Coordenadas Relativas
Absoluta: a referência é fixa. A medida do deslocamento da ferramenta é sempre em relação ao Zero Peça. Relativa (ou incremental): adiciona-se o deslocamento a partir do ponto onde se encontra a ferramenta. Exemplo de cotação aderente ao sistema de coordenadas absolutas.

86 Deslocamento por coordenada absoluta
No desenho, o zero peça foi posicionado no ponto Z. Para atingir o ponto D, as coordenadas (X; Z) são: A(16;0), B(20;-2) C(20;-15), D(40;-35). Note que o deslocamento transversal foi informado pela medida do diâmetro e não do raio. Isso é feito para conveniência da programação; “a penetração real é metade da informada”.

87 Programação O padrão usual de utilização é o código normalizado pela ISO, também chamado de código “G”, devido ao fato de utilização o G para especificar as funções preparatórias. Existem também códigos de fabricantes que não seguem as normas ISO. Na programação, cada linha do programa é chamado Bloco Cada bloco é formado por comandos As funções são divididas em: preparatórias, miscelâneas e auxiliares e outras funções.

88 Principais Funções G Funções G – preparatórias G0 = posicionamento rápido (não obedece o avanço programado). G1 = interpolação linear (linha reta no avanço F programado). G2 = Interpolação circular no sentido horário (F programado) G3 = Interpolação circula anti-horário (F programado) G50 = limitação da rotação do eixo árvore. G70 = programação em polegadas G71 = programação em milímetros G90 = Sistemas de coordenadas absolutas G91 = Sistemas de coordenadas incremental G95 = avanço em mm/volta G96 = programação em velocidade constante G99 = a unidade do avanço é mm/rotação.

89 Principais Funções M Funções M = miscelânea e auxiliares M0 = parada de programa M3 = rotação do eixo árvore no sentido horário M4 = rotação anti-horária do eixo árvore M5 = desliga o eixo árvore M8 = aciona a bomba de fluido de corte M9 = desliga o fluido de corte M30 = fim do programa.

90 Programação Outras funções
N – Numeração das linhas do programa (blocos) O – Número do programa até 4 dígitos S – Rotação do fuso (eixo árvore) ou velocidade de corte, se definido G 96. E – Ponto Zero Peça T - determina a ferramenta (n° após o T). F – Velocidade de avanço em mm/volta

91 Exercício resolvido : elabore o programa para executar o acabamento da peça com avanço de 0,25 mm/rotação

92 Exercício resolvido N01 O 1000; N05 G71 G99; N10 T01; N15 G96 S250 M4;
N25 G00 X12. Z2. M8; N35 G1 X16. Z0. F0.25; N40 G1 X20. Z-2. F0.25; (ou N40 X20. Z-2.;) N45 G1 X20. Z-15; N50 G1 X40. Z-35.; Obs.: N25 desloca a ferramenta até próximo ao ponto de início de usinagem.

93 Exercício resolvido N55 G2 X60. Z-45. R10. N60 G1 X70. Z-45.;
N70 G1 Z-65.; N75 G1 X85. M9.; N80 G40; N85 G1 X86. Z-64.; N90 G0 X200.Z200. M5; N95 M30;