O fresamento CNC, um tipo de usinagem CNC, é comumente usado na indústria de manufatura devido à sua alta eficiência de corte e precisão com ferramentas de fresa multiponto.
Embora a maioria das pessoas esteja mais familiarizada com a impressão 3D para criar objetos físicos precisos, a fresagem CNC existe há muito mais tempo e continua amplamente utilizada até hoje. As fresadoras CNC foram usadas comercialmente pela primeira vez em 1952. Desde então, vários avanços foram feitos, incluindo o desenvolvimento de máquinas mais complexas e automação.
Neste artigo, daremos uma olhada aprofundada no fresamento CNC – como funcionam as fresadoras, quais produtos elas podem produzir e se o fresamento é a escolha certa para suas peças.
O que é fresamento CNC?
O fresamento CNC é um processo de fabricação onde uma ferramenta de corte, montada em um fuso giratório, remove seletivamente o material de uma peça. Esta operação é automatizada por sistemas de Controle Numérico Computadorizado (CNC). Ao contrário do torneamento CNC – onde a peça gira contra uma ferramenta de corte estacionária – no fresamento CNC, a peça é montada rigidamente em uma mesa estacionária. No entanto, as fresadoras modernas permitem que esta mesa se mova linearmente ou gire em diferentes planos, permitindo que a ferramenta trabalhe em vários ângulos.
As fresadoras CNC avançadas, como fresadoras CNC de 5 eixos ou multieixos, oferecem recursos aprimorados por meio de inclinação da ferramenta e rotação da peça, permitindo que formas complexas sejam criadas com mais precisão e eficiência, sem mover a peça para outra máquina.
Como funcionam as fresadoras CNC?
Uma visão geral completa do processo de fresamento ajudará você a ter uma visão completa de como ele funciona. Geralmente, o processo pode ser dividido em 3 etapas conforme abaixo.
Etapa 1: crie um modelo CAD
Quando recebem desenhos 2D ou conceitos iniciais de projeto, os engenheiros usam software CAD, como Autodesk Inventor ou SolidWorks, para criar um modelo 3D detalhado da peça. Este modelo CAD inclui todos os detalhes essenciais, como dimensões, recursos críticos, tolerâncias, linhas de construção e indicações de rosca. O software CAD permite que os designers visualizem, analisem e refinem seus projetos com eficiência antes do início do processo de fabricação.
Etapa 2: Converter modelo CAD em formato compatível com CNC
As fresadoras CNC não conseguem interpretar diretamente os modelos CAD, por isso é necessário converter esses modelos em um formato compatível com as máquinas. Essa conversão é feita pelo software CAM, que traduz o modelo CAD em instruções legíveis por máquina.
Ao importar o modelo CAD para um sistema CAM, é gerado um programa CNC. Este programa é frequentemente escrito em código G, que se concentra principalmente nos parâmetros de operação da ferramenta, como velocidade do fuso, direção do movimento e profundidade de corte, e código M, que lida com várias tarefas, como troca de ferramentas, ligar e desligar a máquina, e outras funções auxiliares.
Muitos pacotes de software CAM incluem um recurso de simulação que permite que projetistas ou engenheiros verifiquem seus programas CNC e garantam que funcionem conforme esperado. Isso ajuda a identificar possíveis problemas antes do início da fabricação, economizando tempo e recursos.
Etapa 3: Configure a fresadora e execute a operação de fresagem
O operador fixa as ferramentas de corte ao fuso e posiciona com segurança a peça de trabalho na mesa de trabalho. Eles então importarão o programa CNC para a fresadora e iniciarão a fresagem. As fresadoras modernas são altamente automatizadas e muitas vezes equipadas com trocadores automáticos de ferramentas (ATC), que permitem que a máquina troque de ferramentas durante a operação sem intervenção manual. Isso minimiza interrupções e reduz o tempo de inatividade.
Dependendo do resultado desejado, o processo pode exigir múltiplas passagens. As operações iniciais normalmente usam ferramentas de corte maiores para remover o material rapidamente e obter um formato áspero. Os ciclos de acabamento subsequentes empregam ferramentas mais finas e velocidades mais lentas para refinar a superfície, trazendo a peça às suas dimensões finais, qualidade de superfície e tolerâncias exigidas.
Tipos de operações de fresamento CNC
A fresagem CNC é um processo versátil que pode realizar uma variedade de operações para criar diferentes formas e características em uma peça de trabalho. Aqui estão alguns tipos comuns de operações:
Fresamento Simples
O fresamento simples, também conhecido como fresamento de placas, é usado para usinar superfícies planas paralelas à mesa de trabalho. A ação de corte ocorre principalmente na circunferência de uma fresa cilíndrica, que é adequada para usinar superfícies planas e largas.
Fresamento frontal
O fresamento frontal é semelhante ao fresamento simples, mas normalmente usa uma fresa com dentes na face (parte inferior) e na circunferência (lados). Esse design permite que o fresamento de facear remova material com eficiência e produza superfícies grandes e planas com excelentes acabamentos. Pode ser usado de forma independente ou após fresamento plano para melhorar o acabamento superficial ou obter contornos específicos.
Fresamento Angular
O fresamento angular envolve o uso de fresas com ângulos específicos, como fresas de ângulo único e de ângulo duplo, para usinar recursos angulares em uma peça de trabalho. As características comuns produzidas pelo fresamento angular incluem ranhuras em cauda de andorinha, chanfros e ranhuras em forma de V, que são orientadas em ângulos que não são nem perpendiculares nem paralelos aos eixos primários da peça de trabalho.
Fresamento de Formas
O fresamento de formas é um processo que utiliza uma fresa com formato especial para usinar perfis exclusivos em uma peça, como contornos, curvas ou ranhuras, em uma única passagem. É normalmente usado para criar formas complexas, como dentes de engrenagens ou superfícies de moldes complexas.
Fresamento lateral
Refere-se ao processo de fresamento de uma superfície plana ou angular na lateral da peça. Normalmente envolve o corte ao longo da lateral da peça de trabalho para criar superfícies verticais, angulares ou contornadas.
Fresamento de canais ou ranhuras
A ranhura envolve o corte de canais estreitos ou ranhuras em uma peça de trabalho. Esta operação normalmente envolve o uso de uma fresa de topo ou fresa de ranhura para criar ranhuras de vários formatos e tamanhos, como ranhuras retas, retangulares ou em forma de V. O fresamento de ranhuras é amplamente utilizado para aplicações como rasgos de chaveta, dentes de engrenagem e outros recursos que exigem ranhuras precisas e retas, e também pode incluir formas especializadas, como fresamento de ranhuras em T para fixar acessórios ou parafusos.
Fresamento extensível
O fresamento straddle é uma operação onde duas superfícies paralelas são usinadas simultaneamente usando duas fresas laterais montadas no mesmo eixo, espaçadas por colares. É comumente usado para usinar lados opostos de uma peça de trabalho para garantir que estejam paralelos e é frequentemente aplicado para criar superfícies quadradas ou hexagonais.
Fresagem coletiva
O fresamento coletivo é uma operação de fresamento em que várias fresas são montadas no mesmo fuso para usinar várias superfícies ou recursos simultaneamente em uma única passagem. Este método reduz significativamente o tempo de usinagem e pode lidar com geometrias complexas de peças e múltiplas superfícies.
Quais produtos podem ser feitos por fresagem CNC?
A fresagem CNC é um processo automatizado que, uma vez configurado, pode funcionar continuamente por dias, produzindo peças de forma consistente e eficiente. Com o uso de modelos digitais e usinagem autônoma, o erro humano é minimizado, resultando em uma precisão excepcionalmente alta . As fresadoras modernas têm se tornado cada vez mais avançadas, capazes de criar formas quadradas, chanfros, ângulos, ranhuras, curvas complexas e até mesmo formas redondas.
Além disso, a fresagem CNC pode trabalhar com uma ampla variedade de materiais, incluindo metais, plásticos, elastômeros, cerâmicas e compósitos. Essa versatilidade torna a fresagem CNC adequada para a fabricação de praticamente qualquer peça. Abaixo estão alguns exemplos típicos de aplicações:
Aeroespacial
A fresagem CNC é aplicável na fabricação de muitos componentes aeronáuticos adotando materiais como titânio e alumínio. Esses materiais são leves e duráveis. O processo de fresagem pode atender aos rigorosos requisitos de exatidão e precisão. Os componentes do motor, componentes do trem de pouso e painéis de combustível são produzidos por esta técnica.
Automotivo
A indústria automotiva utiliza fresamento devido à exigência de eficiência sem perder precisão. Portanto, é adequado para produtos fabricados por meio desse processo, incluindo painéis de controle, eixos e moldes de automóveis.
Eletrônica
A alta versatilidade e precisão da fresadora CNC a tornam ideal para a indústria eletrônica. A fresadora CNC não molda apenas os condutores e metais necessários para a transmissão, mas também as placas de polímero que abrigam esses condutores.
Médico
A fresagem CNC permite a fabricação de peças de vários tipos de titânio e aço inoxidável, que são frequentemente usados na fabricação de dispositivos médicos, como bisturis e implantes. Peças médicas, como próteses, exigem um design preciso e exclusivo. Portanto, o fresamento CNC é o melhor método para essas peças.
Prototipagem e fabricação de moldes
A fresagem é adequada para prototipagem e fabricação de moldes devido à sua alta precisão, flexibilidade e eficiência. As fresadoras CNC podem lidar com uma variedade de formas e materiais complexos, fornecendo resultados de usinagem precisos. Isto permite que os designers transformem rapidamente ideias em protótipos físicos ou moldes, facilitando ainda mais a avaliação e otimização, acelerando assim o processo de desenvolvimento do produto e reduzindo os custos de fabricação.
Embora as fresadoras CNC sejam altamente versáteis, elas têm limitações. Talvez a maior desvantagem seja o custo. Mesmo as máquinas CNC mais básicas, adequadas para produção em massa, têm um preço elevado e os custos só aumentam à medida que as máquinas se tornam mais avançadas, tanto em termos de compra como de manutenção.
Outra limitação está relacionada ao tamanho e geometria da peça. O tamanho da peça é limitado pelas dimensões da máquina CNC e a geometria é limitada pelas capacidades físicas da ferramenta de corte. Por exemplo, recursos como rebaixos ou áreas rebaixadas abaixo da superfície de uma peça exigem ferramentas especiais ou máquinas multieixos caras para serem alcançadas.
A fresagem CNC também não está totalmente isenta de erros humanos. Operar essas máquinas de alta tecnologia requer habilidade, e configurar uma fresadora para um trabalho específico pode ser demorado e complexo, exigindo operadores experientes.
O fresamento CNC é a escolha certa para suas peças?
Agora que temos uma compreensão geral do fresamento CNC, a questão permanece: o fresamento CNC é a escolha certa para o seu projeto? Vamos mergulhar nos principais aspectos para ajudá-lo a decidir:
Geometria da peça
A fresagem CNC é excelente na produção de formas complexas e assimétricas. Se suas peças tiverem geometrias complexas, ângulos agudos ou recursos de múltiplas superfícies, o fresamento CNC provavelmente será uma boa opção. No entanto, para peças redondas ou simétricas, o torneamento CNC pode ser mais eficiente.
Volume de produção
A fresagem CNC é ideal para pequenas e médias tiragens de produção. Se o seu projeto envolve peças personalizadas, protótipos ou quantidades limitadas, a fresagem CNC é frequentemente considerada uma opção econômica e eficiente. No entanto, para volumes de produção maiores, outros métodos como moldagem por injeção ou estampagem podem ser mais econômicos.
Seleção de Materiais
A fresagem CNC é versátil e funciona com uma ampla variedade de materiais, incluindo metais, plásticos, cerâmicas e compósitos. Se o seu projeto requer corte preciso em diferentes materiais, a fresagem CNC pode ser uma solução confiável.
Considerações orçamentárias
Embora o fresamento CNC ofereça alta precisão e flexibilidade, pode ser mais caro, principalmente para projetos simples ou grandes volumes de produção. É importante pesar a relação custo-benefício com base na complexidade do seu projeto e na quantidade necessária.
Requisitos de tolerância
Um dos principais pontos fortes do fresamento CNC é sua capacidade de atingir alta precisão e tolerâncias restritas, até ±0,01 mm (±0,0004 polegadas). No entanto, é importante considerar se o seu projeto realmente exige esse nível de precisão, pois tolerâncias mais altas exigem mais recursos de engenharia e acarretam custos maiores.
Ao avaliar se o fresamento CNC é a escolha certa para suas peças, pense na aplicação específica. Por exemplo, se suas peças forem independentes e não precisarem ser integradas a outros componentes, elas poderão não exigir tolerâncias extremamente rígidas. Nesses casos, escolher tolerâncias padronizadas com uma fresadora de 3 eixos pode ser uma solução mais econômica. Por outro lado, se o seu projeto envolver indústrias como aeroespacial, médica ou automotiva – onde a precisão é fundamental – mesmo os menores desvios pode levar a falhas funcionais. Nestes casos, a utilização de fresadoras multieixos pode ser mais apropriada.
Se você não tiver certeza sobre os requisitos de tolerância de suas peças, a colaboração com um parceiro experiente em usinagem CNC pode ajudá-lo a tomar a decisão certa. Ao discutir detalhadamente os objetivos e especificações do seu projeto, você pode determinar as tolerâncias ideais sem gastar demais com precisão desnecessária.
A Chiggo é um parceiro confiável de fabricação sob medida para fresamento e usinagem CNC personalizados. Com fresadoras de 3, 4 e 5 eixos, fornecemos prototipagem rápida, ferramentas e produção final a custos de usinagem competitivos. Solicite um orçamento de fresamento CNC hoje mesmo e nossa equipe responderá em até 12 horas.
Tipos de fresadoras CNC
Existem várias fresadoras CNC para escolher, cada uma adequada para diferentes tarefas. Com base no design e na funcionalidade, existem dois tipos principais:
Fresadora vertical
Em uma fresadora vertical, o fuso, que segura a ferramenta de corte, é orientado verticalmente. Esta configuração proporciona melhor visibilidade durante a usinagem, tornando-a ideal para trabalhar peças menores ou tarefas que exigem precisão detalhada. As fresadoras verticais são o tipo mais comum de fresadora CNC e são frequentemente usadas para corte de ranhuras, furação e contorno.
Eles ocupam menos espaço e custam menos, tanto em termos de compra inicial quanto de manutenção contínua. No entanto, as fresadoras verticais podem ter dificuldades com peças muito grandes ou pesadas e, embora ofereçam alta precisão, podem ser mais lentas do que as fresadoras horizontais quando se trata de produção em grande escala.
Fresadora horizontal
As fresadoras horizontais podem realizar muitas das mesmas operações que as fresadoras verticais, mas com uma configuração diferente. O fuso é posicionado horizontalmente e essas máquinas são mais adequadas para processar peças mais pesadas. A estabilidade do fuso horizontal permite cortes pesados, possibilitando a remoção rápida de grandes quantidades de material. Isso torna as fresadoras horizontais ideais para produção em alto volume de peças relativamente simples. Além disso, sua capacidade superior de remoção de cavacos ajuda a obter melhores acabamentos superficiais e prolongar a vida útil da ferramenta. No entanto, as fresadoras horizontais são mais caras e podem ser difíceis de instalar em oficinas mecânicas menores.
As fresadoras CNC também podem ser categorizadas pelo número de eixos translacionais e rotacionais ao longo dos quais podem se mover – geralmente chamados de graus de liberdade. Os tipos comuns de fresadoras CNC incluem:
Fresadoras de 3 eixos
As fresadoras de 3 eixos permitem que a ferramenta de corte se mova ao longo dos eixos X, Y e Z. Este tipo de usinagem é o mais comum devido ao menor custo inicial e facilidade de uso. Ele pode produzir a maioria dos formatos padrão e é mais simples de programar e operar. A relativa simplicidade de movimento o torna adequado para muitos projetos que não exigem geometrias complexas, mas se beneficiam de alto rendimento de peças e eficiência de processo.
Fresadoras de 4 eixos
A fresadora de 4 eixos possui todos os recursos de uma fresadora de 3 eixos, com um eixo adicional conhecido como eixo A. Isto permite a rotação da peça de trabalho para corte em torno do eixo A, o que se mostra particularmente útil quando as peças precisam ser cortadas em torno de um cilindro ou na lateral de uma peça.
Fresadoras de 5 eixos
Essas máquinas operam ao longo de três eixos lineares (X, Y, Z) e adicionam dois eixos rotacionais (escolhidos entre os eixos A, B e C), que podem girar a base da máquina, o cabeçote da ferramenta ou ambos. Esse recurso elimina a necessidade de múltiplos setups e permite a usinagem em cinco faces em um único setup. Como resultado, as fresadoras de 5 eixos podem produzir geometrias altamente complexas com alta precisão, tornando-as ideais para componentes aeroespaciais, peças de titânio, dispositivos médicos e componentes de turbinas a gás.
Quais são os eixos rotacionais e lineares na fresagem CNC?
Eixos Lineares:
Os eixos lineares nas fresadoras CNC são responsáveis pelo movimento da ferramenta de corte ao longo de caminhos retos. Imagine que você é o operador de frente para a máquina:
O eixo X corre paralelo ao seu corpo, movendo-se da esquerda para a direita.
O eixo Y é perpendicular a você, movendo-se para frente e para trás.
O eixo Z, paralelo ao fuso, move-se para cima e para baixo.
Eixos rotacionais:
O eixo A refere-se ao movimento rotacional em torno do eixo X, permitindo que a ferramenta de corte ou peça gire horizontalmente.
Girando em torno do eixo Y, o eixo B proporciona rotação vertical, permitindo ângulos de usinagem mais flexíveis.
O eixo C adiciona a capacidade de girar em torno do eixo Z, dando à ferramenta ou peça de trabalho capacidade rotacional total no plano perpendicular ao eixo Z.
Componentes de uma fresadora CNC
Peças básicas do moinho CNC
Independentemente do tipo de fresadora, a seguir estão os componentes críticos que compõem uma fresadora CNC padrão:
Base da Máquina:A base da máquina é a base onde todos os outros componentes da máquina são montados. Normalmente é feito de aço pesado ou ferro fundido para fornecer uma base estável e absorver vibrações.
Mesa de trabalho:A mesa de trabalho de uma fresadora CNC fica na base da máquina. Ele fixa a peça no lugar durante a usinagem. As fresadoras CNC padrão têm uma mesa de trabalho que se move nas direções X e Y, enquanto algumas fresadoras CNC avançadas de 5 eixos podem girar a base para facilitar operações de usinagem mais avançadas.
Componentes de acionamento:Os componentes de acionamento são responsáveis por alimentar e controlar o movimento de vários elementos da máquina. Esses componentes incluem servomotores ou motores de passo, parafusos de esferas e guias lineares. Os servomotores convertem energia elétrica em movimento mecânico por meio de drivers, permitindo o movimento preciso da mesa de trabalho ou fuso ao longo dos eixos da máquina. Os fusos de esferas e as guias lineares garantem que esse movimento seja transmitido com precisão à mesa de trabalho e à ferramenta de corte.
Sistema de refrigeração:O sistema de refrigeração é projetado para regular a temperatura durante a usinagem, fornecendo refrigerante - normalmente um líquido como óleo solúvel em água ou fluido de corte - para a área de corte. Este sistema ajuda a reduzir o calor gerado pela ferramenta de corte e pela peça, evitando o desgaste da ferramenta e a deformação térmica da peça. Além disso, a refrigeração ajuda a remover cavacos e detritos da zona de corte, melhorando a qualidade geral da usinagem e prolongando a vida útil da ferramenta.
Fuso:O fuso inclui uma seção cônica onde os porta-ferramentas são posicionados. Ele também contém um conjunto giratório e um eixo para fixação da ferramenta de corte. O fuso mantém a ferramenta de corte no lugar e direciona seu movimento durante a operação.
Suporte de ferramenta:O porta-ferramenta é preso ao fuso usando sistema hidráulico e é projetado para ser fixado na ferramenta.
Interface:A interface de uma fresadora CNC normalmente consiste em uma tela e dispositivos de entrada (como teclado ou tela sensível ao toque) conectados à máquina. Esta interface é usada para controlar a máquina diretamente, e alguma programação CNC básica também pode ser realizada através dela, embora uma programação mais complexa geralmente seja feita offline.
Complementos para fresadora CNC
Além dos componentes básicos de uma fresadora CNC, as fresadoras CNC avançadas geralmente incluem uma variedade de equipamentos complementares que podem aumentar significativamente a eficiência. Alguns complementos comuns incluem:
Trocadores Automáticos de Ferramentas (ATC):Trocadores automáticos de ferramentas são dispositivos que alternam automaticamente entre diferentes ferramentas de corte durante o processo de usinagem. Em vez de parar manualmente a máquina para trocar ferramentas, o ATC seleciona a ferramenta apropriada em uma biblioteca de ferramentas e a instala no fuso conforme necessário. Isto acelera o processo de usinagem, reduz o tempo de inatividade e permite que operações mais complexas sejam concluídas de forma eficiente, sem intervenção manual.
Sistemas de gerenciamento de cavacos:Sistemas de gerenciamento de cavacos, incluindo transportadores e sopradores de ar, são frequentemente adicionados para remover com eficiência cavacos e detritos da área de corte. Isso ajuda a manter a área de trabalho limpa e permite que a máquina CNC funcione continuamente sem paradas frequentes para limpeza manual, resultando em maior tempo de usinagem.
Braços Robóticos:os braços robóticos imitam os movimentos e a funcionalidade de um braço humano e são usados para automatizar diversas tarefas, como carregar matérias-primas, remover peças acabadas, reposicionar peças de trabalho e até mesmo trocar acessórios ou ferramentas. Ao integrar braços robóticos nas operações CNC, os fabricantes podem automatizar tarefas repetitivas, aumentar a eficiência da produção, permitir a fabricação sem iluminação e reduzir a necessidade de intervenção manual.
