Desde os primórdios o homem já tinha a necessidade de moldar e transformar materiais brutos em objetos úteis para seu dia-a-dia, para isso utilizava os recursos da época que eram obviamente muito mais limitados do que dispomos em nossa realidade. A gama de produtos que utilizamos atualmente é imensa, sendo assim moldar materiais é imprescindível para que possamos manter nosso conforto e qualidade de vida. As técnicas para transformar materiais brutos em objetos variaram ao longo dos anos conforme a matéria-prima utilizada e com a evolução da tecnologia. Na indústria metalmecânica especialmente, a usinagem se tornou a grande auxiliadora para criar peças com diversos perfis e com funcionalidades incríveis.
Em termos gerais a usinagem é um processo de fabricação por remoção de material que tem o objetivo de transformar uma peça bruta em um produto com forma e dimensões especificados. Existem muitos processos de usinagem e cada qual tem sua função, por exemplo: O Torneamento é a utilização da máquina-ferramenta para fabricar objetos cilíndricos ou cônicos, a Retificação fica encarregada de dar acabamento às peças através da remoção de material por abrasivos, a Furação como o próprio nome sugere, permite que as peças sejam perfuradas em locais e de diâmetros determinados e assim temos uma lista de recursos que a usinagem nos proporciona.
As máquinas mais simples, mas ainda muito utilizadas, são as de usinagem convencional que através de ferramentas de corte ou abrasão moldam o material. Elas não estão obsoletas, mas gradativamente estão sendo substituídas por outras com tecnologia mais avançada, são as máquinas de usinagem computadorizadas que através de uma linguagem de programação tornam-se mais autônomas. A linguagem de programação comanda todos os movimentos da máquina como a velocidade, acionamento dos fluídos e seleção de ferramentas por exemplo, minimizando a interação humana. Essas máquinas são chamadas de CNC (Comando Numérico Computadorizado) e disponibilizam uma série de recursos capazes de criar verdadeiras artes.
Apesar de exigir um investimento mais alto, optar por uma máquina CNC ou por um Centro de Usinagem invés de equipamentos convencionais tem um elevado custo x benefício principalmente para produção em larga escala. A lista de itens vantajosos é vasta, mas os principais são:
O centro de usinagem CNC é o equipamento capaz de reunir em uma só máquina diversas ferramentas e recursos para a produção de peças com perfis variados, ele é o famoso multitarefa. Desta forma você não precisaria ter um torno e uma fresadora mesmo que eles possuam o recurso do comando numérico. O centro de usinagem conta com uma estrutura mais robusta e uma variedade maior de ferramentas, dessa forma dificilmente fica limitado.
Para que isso seja possível, os centros de usinagem trabalham com o que chamamos de eixos, sim são os mesmos eixos coordenados que você está pensando. Os centros de usinagem mais comuns possuem três ou cinco eixos.
Como o próprio nome diz, a máquina de usinagem CNC trabalha em cinco eixos diferentes simultaneamente, isso permite a usinagem de peças com perfis muito complexos. É claro que além da complexidade, há outras vantagens de optar por este recurso, algumas delas são:
Para tornar mais didático, vamos contar uma história daquelas que gostamos sobre os grandes descobridores da ciência. O escolhido de hoje é René Descartes, considerado o pai da matemática moderna. Descartes estava deitado na cama quando notou uma mosca zumbindo em seu quarto, ele percebeu que podia descrever a posição da mosca no espaço tridimensional usando apenas três números, representados pelas variáveis X, Y e Z. Com certeza você já associou as variáveis com o tradicional sistema de coordenadas cartesianas e é isso mesmo! Este sistema ainda está em uso mais de três séculos após a morte do matemático e é utilizado no centro de usinagem! Portanto X, Y e Z são três dos cinco eixos.
Imagine se pudéssemos aumentar o zoom na mosca de Descartes em meio ao voo, poderíamos não só descrever sua posição (X,Y,Z) mas também descrever sua orientação. A orientação pode ser descrita quando a mosca está girando da mesma maneira que um avião faz acrobacias. Seu giro é descrito pelo quarto eixo, que é o eixo de rotação em torno de X que vamos chamar de “A”. O mesmo acontece com a mosca quando ela faz a rotação em torno de Y, que vamos chamar de “B”. Sem dúvida, os leitores astutos vão questionar a existência de um sexto eixo (C) que gira em torno do eixo Z e sim ele também pode existir.
Os eixos A, B e C são ordenados alfabeticamente para corresponder aos eixos X, Y e Z. Embora existam máquinas CNC de 6 eixos, as configurações de 5 eixos são mais comuns. Para que você possa entender, olhando para um centro de usinagem cinco eixos sem precisar imaginar uma mosca, a mesa de trabalho do centro de usinagem é rotativa e ela pode ser plana, curva e furada, além disso as ferramentas também são capazes de inclinar tendo acesso a locais da peça que uma máquina três eixos não teria. Entendeu como funciona?
A configuração específica de uma máquina de 5 eixos determina quais dos dois eixos de rotação ela utiliza. Os eixos rotativos de algumas máquinas são expressos através do movimento da mesa, enquanto outras giram o eixo em si. Cada qual têm suas vantagens exclusivas, a primeira por exemplo oferece maiores volumes de trabalho, pois não é necessário compensar o espaço ocupado pelo eixo rotativo. Por outro lado, as máquinas com rotação giratória podem suportar peças mais pesadas, uma vez que a mesa é sempre horizontal, então a escolha deve ser condizente com a necessidade.
Você pode ter visto referências a centros de usinagem que oferecem sete, nove ou até onze eixos. Embora muitos eixos adicionais possam parecer difíceis de visualizar, a explicação para geometrias tão impressionantes é simples. Existem máquinas com dois fusos e torres inferiores, então você terá vários eixos: a torre superior terá 4 eixos e a torre inferior terá mais 2, sendo possível totalizar bem mais de 5 eixos.
Como geralmente ocorre na fabricação, a resposta a essa pergunta depende de sua aplicação específica e da complexidade do perfil que você precisa. A geometria da peça informará se você precisa de uma configuração de 3, 4 ou 5 eixos.
Um exemplo é a lâmina de turbina que é uma superfície de forma livre e pode ser bastante complexa. A maneira mais eficiente de terminar a usinagem desse produto é usar 5 eixos, levando a ferramenta em espiral ao redor do aerofólio da lâmina. Você pode usar apenas 3 eixos lineares para usinar a superfície, mas terá processos adicionais que não a elegem como a maneira mais eficiente.
Outra consideração importante é o tamanho máximo da peça que você pode colocar na máquina para que as trocas de ferramentas sejam possíveis. Antes de processar, você precisa entender os recursos da máquina e o que ela pode ou não fazer.
Por que usar usinagem de 5 eixos?Tentar decidir entre usinagem de 3 eixos e 5 eixos pode não ser tão simples assim visto que os custos de produção estão sempre no topo das preocupações. Mas basicamente as perguntas que você deve fazer são:
Não é incomum ver equipamentos com recursos de 5 eixos sendo subutilizados. Algumas empresas podem ter a máquina, mas não utilizam sua capacidade total, ou podem não ter o software necessário para criar um programa que explore todos os recursos dela. Não é incomum que as empresas adquiram um centro de usinagem 5 eixos para utilizar apenas 3 deles.
Portanto, antes de escolher ter esse equipamento tão robusto, é importante ter a capacitação técnica para colocá-lo para funcionar em condições ideais.
Embora ter um mecânico com o conjunto de habilidades correto seja o principal contribuinte para maximizar a capacidade de uma máquina de 5 eixos, o controle e o software da máquina são igualmente importantes. O software da máquina deve ser capaz de processar os dados com rapidez suficiente para que o caminho da ferramenta seja um movimento agradável, suave e uniforme, está aí a importância de ter uma linguagem bem programada.
Como em qualquer equipamento programado, um centro de usinagem 5 eixos pode sofrer colisão devido a velocidade e versatilidade de movimentos que o porta ferramentas é capaz de trabalhar. Felizmente, hoje existem várias ferramentas e softwares no mercado que podem ajudar a reduzir e até mesmo eliminar essas colisões desagradáveis. Os softwares são capazes de simular os movimentos e detectar se durante o processo há risco de colisão. Evitar essas colisões é fundamental porque caso ocorram, podem danificar o equipamento e até mesmo machucar alguém. É claro que além do software é importante que você simule manualmente com velocidade bem reduzida.
A alta produtividade é um benefício da usinagem em 5 eixos, mas também aumenta o risco de erros, como o uso de uma ferramenta quebrada ou a ferramenta incorreta. Uma maneira de minimizar esses erros é optar por um sistema de detecção de ferramentas. Existem várias opções inclusive em laser que são muito úteis.
Uma máquina Multitarefas CNC têm a capacidade de fresar, tornear, furar e apresentar peças com alta precisão e alta qualidade, além de reduzir significativamente o tempo de setup, executando a usinagem das peças em apenas um ciclo. Chamadas também de máquinas MTM, ou seja, do ingles, Multi Task Machine.
Então, vamos lá!
Multitarefa é quando você combina vários processos de usinagem, incluindo torneamento, fresamento, furação, rosqueamento e furação profunda, em uma máquina, em vez de ter os mesmos processos manipulados por várias máquinas.
É também a tecnologia de máquina que fornece usinagem completa de peças de configuração única ou processamento de toda a usinagem da matéria-prima à peça acabada.
Além dos incríveis ganhos de produtividade, a tecnologia Multi-Tasking optimizou as usinagens, especialmente as menores, para níveis em que podem facilmente usinar as peças mais complexas do mundo e fazê-lo de maneira econômica.
As configurações das máquinas multitarefas CNC podem conter dois eixos de rotação, várias torres de porta ferramentas com estações de ferramentas rotativas, capacidade de usinar fora do centro do eixo Y (excentricidade), eixos de fresamento com eixo B de inclinação / rotação, mesas rotativas / de inclinação e magazines de ferramentas de corte de grande capacidade.
As multitarefas CNC têm a capacidade de fresar, tornear, furar e apresentar peças com alta precisão e alta qualidade, além de reduzir significativamente o tempo de setup, executando a usinagem de quase todas as peças em um ciclo.
A combinação de operações também reduz as imprecisões que podem ocorrer ao mover peças em várias estações de trabalho, além de eliminar o inventário de trabalho em processo (estoque em processo) que, de outra forma, poderia permanecer entre as máquinas-ferramentas independentes.
A combinação de operações também reduz as imprecisões que podem ocorrer ao mover peças em várias estações de trabalho, além de eliminar o inventário de trabalho em processo (estoque em processo) que, de outra forma, poderia permanecer em cada máquina nos diferentes processos da fábrica.
Centro de torneamento possui capacidade multifuncional e multi-eixos. Isso significa que você pode ter um eixo C, eixo Y e ferramentas acionadas na torre ou na gangue para executar não apenas operações de torneamento, mas também de fresamento, furação e rosqueamento com machos.
Máquinas Centro-Torneamento são capazes de operações de peças rotativas (torneamento) e operações de ferramentas de corte rotativas, tais como fresamento e furação cruzada.
A máquina é tipicamente reconhecível como um torno horizontal ou vertical, com eixos para fresar e furar simplesmente disponíveis em algumas ou em todas as posições da ferramenta.
Uma peça que exige uma variedade de operações pode ser usinada em um único setup, principalmente se um sub-spindle (sub-fuso) permitir que a peça seja passada de um spindle para outro durante a usinagem.
As máquinas de tornear/fresar (Centro-Torneamento) introduzidas mais recentemente partem do projeto do torno para algo muito mais parecido com uma máquina híbrida - combinando placas de castanhas e spindles (fusos) de um torno com o poder de fresamento de um centro de usinagem CNC.
É o tipo de máquina com base na tecnologia dos modernos tornos CNC que conta com um porta-ferramentas múltiplo montado sobre a mesa do carro cruzado (X e Z), sendo que as ferramentas de corte ficam posicionadas de forma paralela umas das outras.
Em geral, são utilizadas ferramentas fixas, existindo modelos para a utilização de ferramentas acionadas.
Pela sua concepção construtiva, estas mesas porta-ferramentas permitem, no máximo, de 8 a 10 estações porta-ferramenta. Por este motivo, tornos CNC com este conceito se aplicam na usinagem flexível de peças de pequena e média complexidade.
Uma grande vantagem que se destaca neste tipo de construção é o curto tempo “cavaco a cavaco” entre as ferramentas, principalmente quando se compara com os tornos CNC com torres indexáveis.
Por este motivo, os ciclos de trabalho são mais rápidos. Por não ter a possibilidade de se montar uma contra-ponta, estes tornos se aplicam na usinagem de peças de usinagem estável. Como o investimento é menor em relação aos tornos com torre indexável, eles proporcionam uma melhor relação “Custo x Benefício” na usinagem de peças mais simples.
Os modernos tornos CNC de cabeçote móvel são máquinas extremamente precisas e versáteis chegando a ter um elevado número de eixos controlados, além de ter a capacidade de trabalhar com ferramentas acionadas. Com isto, estes verdadeiros centros de torneamento, além de possibilitar a usinagem de peças compridas, permitem também a manufatura de peças curtas de elevada precisão e de geometrias complexas.
O Torno de cabeçote móvel ou torno tipo suíço proporciona uma real economia de tempo e com menos dispositivos de fixação, proporcionando melhores prazos de entrega de peças e outros benefícios.
Os centro-torneamento de cabeçote móvel são aplicados, principalmente,
na usinagem de peças longas e de precisão, ou seja, quando a relação comprimento/diâmetro é muito grande, caracterizando uma usinagem instável. Eles, também, são utilizados na usinagem de peças curtas de elevada precisão e/ou de grande complexidade geométrica.
Por terem sido inventados na Suíça com o objetivo de produzir em série eixos para a indústria relojoeira, eles são internacionalmente conhecidos como tornos tipo suiço. Na Alemanha e na Suíça, eles são denominados “tornos automáticos para peças longas” (Langdrehautomat).
Estes tornos de cabeçote móvel são aplicados exclusivamente para usinagens de peças cilíndricas a partir de barras, que podem ir desde 1mm de diâmetro até 32mm de diâmetro.
Estas máquinas são aplicadas na produção de peças seriadas de precisão para as indústrias automotiva, aeroespacial, telecomunicações, aparelhos de medição de alta precisão, segmento médico como, componentes para equipamentos hospitalares, parafusos ortopédicos e implantes dentários, ou seja, a microusinagem em geral.
O princípio de funcionamento deste tipo de torno automático é o inverso dos tornos automáticos de cabeçote fixo, pois é a peça a ser usinada que se desloca, girando contra as ferramentas de corte. Os tornos automáticos horizontais de cabeçote móvel são aplicados, principalmente, na usinagem de peças delgadas e de precisão, ou seja, quando a relação comprimento/diâmetro é muito grande, caracterizando uma usinagem instável.
O princípio de funcionamento do cabeçote móvel se baseia no movimento da peça a ser usinada contra as ferramentas de corte como segue:
Os modernos tornos CNC de cabeçote móvel são máquinas extremamente precisas e versáteis chegando a ter um elevado número de eixos controlados, além de ter a capacidade de trabalhar com ferramentas acionadas. Com isto, estes verdadeiros centros de torneamento, além de possibilitar a usinagem de peças delgadas, permitem também a manufatura de peças curtas de elevada precisão e de geometrias complexas.
Eixo C é o dispositivo que permite controlar os movimentos circulares da árvore principal de um torno CNC. Através de funções encontradas no comando da máquina, é possível de se programar paradas da árvore principal, divisões angulares e movimentos de avanço de usinagem. Normalmente chamamos este tipo de uso do Eixo C como usinagem com ferramenta acionada.
Paradas da árvore principal são usadas para realizar as operações com ferramentas acionadas ou para realizar a alimentação da peça de trabalho com a placa de fixação numa posição determinada.
Divisões angulares são necessárias na utilização de ferramentas acionadas para realizar operações como:
Quando se programa paradas posicionadas da árvore para realização de usinagens com ferramentas acionadas é necessário utilizar um sistema de freio. O comando numérico permite programar qualquer valor de grau angular, podendo oferecer resolução até segundos de graus.
Movimentos de avanço de usinagem. O eixo C permite a programação de avanços circulares da árvore principal para a realização de operações como:
Tornos automáticos dotados de eixo C possibilitam usinar peças por completo, eliminando operações posteriores.
As ferramentas acionadas permitem operações de fresamento e furação com controle do eixo C necessário no 
fuso principal. Podem ser realizadas operações de 2 eixos, por exemplo rasgo de chaveta ou furos na linha central. Para fresar bolsões ou furar fora da linha de centro é necessário o eixo Y.
Para operações de furação, é melhor usar porta-ferramentas acionados com refrigeração interna e de alta pressão para propiciar melhor escoamento de cavacos e maior segurança do processo.
Torres porta-ferramentas com Eixo linear Y são utilizados para fabricar peças extremamente complexas podem ser usinadas por completo, hoje em dia, em centros de torneamento ou tornos multitarefa. Os tornos CNC contam, normalmente, com um carro cruzado, onde está montada a torre porta-ferramentas e permite a realização dos movimentos radial X e longitudinal Z.
O eixo linear Y corresponde a um terceiro carro construído, integrado ao carro cruzado, que executa um movimento ortogonal aos eixos X e Z. Com isto, a máquina passa ter um maior grau de liberdade para executar operações como:
Peça usinada por completo:
O eixo circular B, aplicado nessas máquinas, executa movimentos angulares contínuos, possibilitando a execução de furações, rosqueamentos e fresamentos, inclusive no lado posterior da peça, com uma alta capacidade de arranque de cavacos. Atualmente, existem dois conceitos para a aplicação do eixo B em uma máquina multitarefa:
Uso de um revólver porta-ferramenta, que executa os movimentos angulares.
Uso de uma estação de usinagem, montada num carro cruzado, que vem acompanhada de um magazine de ferramentas e um sistema de troca de ferramentas. Neste conceito, a unidade de usinagem, que opera com uma ferramenta isoladamente, tem uma construção robusta, garantindo elevados esforços de corte. Além do mais, um grande número de ferramentas de corte pode ser montado no magazine.
Os tornos com ferramenta acionada possuem várias configurações diferentes, e as variações conseguem atender diferente tipos de peças. Estas combinações de eixos permitem sincronizações e movimentos controlados para executar geometrias específicas. Cada fabricante, possui suas estruturas, inclusive com eixos Y Virtuais, ou seja emulados pelos demais eixos.
Como podemos observar nas ilustrações abaixo:
Quer você esteja produzindo peças pequenas com tempos de ciclo unitário de componentes menores que um minuto ou grandes e complexos que exigem uma semana inteira de usinagem, há uma solução multi-tarefas CNC para aumentar sua eficiência, flexibilidade e produtividade.
De fato, com mais de 90 tipos diferentes de configurações para escolher, existe uma seleção de modelos avançados e altamente versáteis de multitarefas no mundo para garantir o menor custo de unitário.
Adaptações e referências das fontes:
http://www.tornoautomatico.com.br/ Engº Alfredo Vergilio Fuentes Ferrari
