Fixação de Ferramentas no Torno
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UN DEPAR Tecno Fixação d NIVERSIDADE DO MINHO ESCOLA DE ENGENHARIA RTAMENTO DE ENGENHARIA MECﾂN ologias da Manufatura II Professor – Caetano Monteiro de Ferramentas no To Trabalho Sam L NICA orno o realizado por: muel Damas 55803 Luís Cunha 55772
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UNIVERSIDADE DO MINHO
ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
Tecnologias da Manufatura IIProfessor – Caetano Monteiro
Fixação de Ferramentas no Torno
Trabalho realizado por:
Samuel Damas 55803
Luís Cunha 55772
UNIVERSIDADE DO MINHO
ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
Tecnologias da Manufatura IIProfessor – Caetano Monteiro
Fixação de Ferramentas no Torno
Trabalho realizado por:
Samuel Damas 55803
Luís Cunha 55772
UNIVERSIDADE DO MINHO
ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
Tecnologias da Manufatura IIProfessor – Caetano Monteiro
Fixação de Ferramentas no Torno
Trabalho realizado por:
Samuel Damas 55803
Luís Cunha 55772
Índice
1. Torno Mecânico convencional .................................................................................. 2
2. Operações num Torno Mecânico .............................................................................. 2
3. Porta pastilhas ........................................................................................................... 3
4. Esforços no Porta pastilhas ....................................................................................... 5
5. Propriedades das pastilhas de corte ........................................................................... 5
6. Tipos de Porta ferramentas de um torno convencional ............................................. 6
7. Fixadores de Ferramentas para Tornos CNC ............................................................ 7
7.1. Importância da automação nas máquinas CNC..................................................... 7
8. Operações realizadas num torno CNC e respetivas ferramentas............................... 7
9. Tipos de suportes de ferramentas de Torno CNC ..................................................... 8
10. Fixadores estáticos................................................................................................. 9
11. Fixadores com encaixe automático...................................................................... 10
12. Conclusão ............................................................................................................ 12
Tecnologias da Manufatura II 2
1. Torno Mecânico convencional
O torno executa superfícies de revolução, cilíndricas ou cónicas. A peça a maquinar
possui um movimento de rotação enquanto que a ferramenta de corte possui um
movimento de avanço e de translação em relação à peça a ser maquinada. Para controlar
estes movimentos o torno possui diversos componentes que permitem controlar o
avanço da ferramenta e o movimento de corte. Como tal, neste trabalho irá ser dado
mais foco ao porta ferramentas, porém para dar uma contextualização ao leitor a figura
1 indica a nomenclatura do torno mecânico e a localização do porta-ferramentas.
Figura 1 - Nomenclatura do Torno
2. Operações num Torno Mecânico
Como já foi dito anteriormente a principal função do torno é executar peças com
geometrias de revolução sejam elas cilíndricas ou cónicas. No entanto, para cada tipo de
operação o operário irá necessitar de diferentes ferramentas de corte. A figura 2 mostra
de uma maneira global as operações que se podem realizar num torno mecânico que
consistem basicamente em torneamento externo, interno e rosqueamento.
Tecnologias da Manufatura II 3
Figura 2 – Operações realizadas num torno mecânico/Ferramentas de corte
Outra das operações que são passiveis de se realizarem num torno é a furação. Para
a execução desta operação é necessário que a broca esteja concêntrica com a peça sendo
que para isso é necessário recorrer ao contra-ponto para fixar a bucha necessária para a
fixação da broca.
Figura 3 - Furação no torno com recurso ao Contra-Ponto
3. Porta pastilhas
Para diferentes operações de torneamento vão ser necessárias diferentes
ferramentas de corte. Como consequência, vão ser necessários diferentes porta pastilhas
para que se mantenha a rigidez da ferramenta consoante a operação a efetuar, como a
tabela 1 indica.
Tecnologias da Manufatura II 3
Figura 2 – Operações realizadas num torno mecânico/Ferramentas de corte
Outra das operações que são passiveis de se realizarem num torno é a furação. Para
a execução desta operação é necessário que a broca esteja concêntrica com a peça sendo
que para isso é necessário recorrer ao contra-ponto para fixar a bucha necessária para a
fixação da broca.
Figura 3 - Furação no torno com recurso ao Contra-Ponto
3. Porta pastilhas
Para diferentes operações de torneamento vão ser necessárias diferentes
ferramentas de corte. Como consequência, vão ser necessários diferentes porta pastilhas
para que se mantenha a rigidez da ferramenta consoante a operação a efetuar, como a
tabela 1 indica.
Tecnologias da Manufatura II 3
Figura 2 – Operações realizadas num torno mecânico/Ferramentas de corte
Outra das operações que são passiveis de se realizarem num torno é a furação. Para
a execução desta operação é necessário que a broca esteja concêntrica com a peça sendo
que para isso é necessário recorrer ao contra-ponto para fixar a bucha necessária para a
fixação da broca.
Figura 3 - Furação no torno com recurso ao Contra-Ponto
3. Porta pastilhas
Para diferentes operações de torneamento vão ser necessárias diferentes
ferramentas de corte. Como consequência, vão ser necessários diferentes porta pastilhas
para que se mantenha a rigidez da ferramenta consoante a operação a efetuar, como a
tabela 1 indica.
Tecnologias da Manufatura II 4
Tabela 1 - Tabela de comparação da rigidez dos diferentes porta pastilhas
Operação Rigidez Porta Pastilhas
Desbaste Maior Rigidez
Acabamento Menor Rigidez
Convém referir ainda que o angulo de ataque para uma pastilha destinada ao
desbaste vai ser muito superior comparado com uma pastilha destinada ao acabamento,
isto porque a taxa de remoção de apara no desbaste vai ser muito superior logo o porta
pastilhas vai ter que ter uma secção consideravelmente maior para absorver vibrações e
não fletir com o esforço de corte como se verifica na tabela 1.
No caso do torneamento interno a única forma de assegurar que o porta pastilhas
não vibra é usar uma taxa de remoção de apara mais reduzida para evitar vibrações e
posteriores defeitos nas peças, visto que o porta pastilhas tem de ser comprido o
suficiente para penetrar na cavidade a tornear.
Figura 4 - Torneamento Interno
Tecnologias da Manufatura II 5
4. Esforços no Porta pastilhas
Os esforços a que o Porta pastilhas está sujeito vão depender muito do movimento
de avanço em conjunto com o movimento de corte. A tabela 2 apresenta os esforços a
que o porta pastilhas está sujeito em função do movimento de avanço e de corte.
Tabela 2 - Esforços no porta pastilhas em função dos movimentos de corte e avanço
Movimento de avanço Movimento de corte Tipo de esforço
Alto Baixo Desprezável
Alto Alto Flexão
Baixo Baixo Inexistente
5. Propriedades das pastilhas de corte
Com o passar dos anos e com a evolução das ferramentas de corte os ferros de corte
foram substituídos pelas pastilhas de corte. Com esta nova gama de ferramentas de corte
efetua-se um trabalho de maquinagem muito mais eficiente a altas temperaturas,
mantendo até aos 800ºC a sua dureza que ronda os 70 HRC, permite taxas de remoção
de apara muito superiores aos aços rápidos e possuem uma maior resistência ao
desgaste. Nas figuras 5 e 6 estão apresentados os dois tipos de ferramentas de corte
referidos anteriormente.
Figura 5 - Pastilhas de corte Figura 6 - Ferros de corte
Tecnologias da Manufatura II 6
6. Tipos de Porta ferramentas de um torno convencional
Existem diversos tipos de porta ferramentas, sendo os que mais se destacam os
porta-ferramentas do tipo oscilante, tipo grampo e o de torre quadrada. O porta-
ferramentas do tipo oscilante é usado para fixação de ferramentas de corte em operações
em que as solicitações de esforços são muito reduzidas. Neste tipo de porta ferramentas
um calço esférico permite um ajuste rápido da altura da ponta da ferramenta.
Normalmente este porta ferramentas é usado em tornos de bancada.
Figura 5 - Porta ferramentas oscilante
O porta-ferramentas tipo grampo é usado para manter a ferramenta de corte firme
mesmo em casos de esforços de corte severos sendo que este tipo de porta-ferramentas
hoje em dia não é muito usado devido ao grande trabalho de fixação da ferramenta
através de uma placa que tem de ficar apoiada horizontalmente apoiada por parafusos de
encosto. O porta-ferramentas de torre quadrada é o mais usado nos tornos convencionais
pois permite o acoplamento no mesmo porta-ferramentas de 4 ferramentas em
simultâneo, permitindo assim a troca de ferramenta em alguns segundos.
Figura 6 - Porta ferramentas torre quadrada
Tecnologias da Manufatura II 7
7. Fixadores de Ferramentas para Tornos CNC
7.1. Importância da automação nas máquinas CNC
Ao longo dos séculos o Homem tem procurado novas formas de melhorar os seus
processos produtivos. No desenvolvimento da industrialização, inicialmente surgiu a
“mecanização”, que consistiu no uso de ferramentas e maquinaria para auxiliar o
homem nas tarefas industriais. Mais tarde, com o desenvolvimento da tecnologia foi
possível automatizar o uso dos recursos acima descritos e assim surgiu a automação.
Existem várias formas de automação como exemplo o CNC (Comando Numérico
Computacional) e o PLC (Controlador Lógico Programável), que permitem a redução
da utilização da intervenção humana.
A utilização de máquinas de comando numérico (CNC) tem várias vantagens
relativamente às máquinas - ferramenta convencionais pois aumenta a produtividade do
trabalho o que resulta numa redução dos custos de produção; aumenta a qualidade do
produto final; aumenta a segurança do operador da máquina; reduz trabalho de
escritório como por exemplo a elaboração de desenhos técnicos, uma vez que a partir da
modelação 3D é possível gerar o código numérico para realização de uma determinada
peça.
Assim, depressa de percebe que existem diferenças entre as máquinas ferramenta
convencionais e as máquinas CNC. Os porta-ferramentas são diferentes nos dois tipos
de máquinas, sendo mais complexos nas máquinas CNC. Em seguida são apresentados
os tipos de porta ferramentas dos tornos CNC que existem, a sua função e principais
caraterísticas.
8. Operações realizadas num torno CNC e respetivas ferramentas
Um torno CNC permite realizar todas as operações que um torno convencional
realiza e nesse caso as ferramentas utilizadas são comuns nos dois tornos: pastilhas de
corte. No entanto, há tornos CNC que permitem fazer fresagem e furação na superfície
de revolução (os tornos convencionais só permitem furação concêntrica ao eixo da
peça), levando à necessidade de utilização de ferramentas apropriadas para esse fim:
Fresas e brocas. Nas figuras 9 e 10 estão representados as pastilhas e as brocas e fresas
respetivamente.
Tecnologias da Manufatura II 8
9. Tipos de suportes de ferramentas de Torno CNC
Atualmente existem duas grandes formas de disponibilizar as ferramentas num
torno CNC. A mais comum é a disposição das ferramentas numa torreta (figura 11). As
ferramentas são fixadas radial ou axialmente na torreta e sempre que é necessário trocar
de ferramenta, o conjunto roda numa determinada direção até colocar a ferramenta
desejada na posição de trabalho. A outra forma é chamada de magazine de ferramentas
(Figura 12). Consiste num armazenamento de ferramentas num carrocel e que podem
ser escolhidas e colocadas na posição de trabalho quando for necessário.
Figura 9 – Fresas e brocas utilizadas nos tornosCNC
Figura 10 – Pastilhas e respetivos porta pastilhasutilizadas nos tornos CNC
Figura 11 – Torreta Figura 12 – Magazine de Ferramentas
Tecnologias da Manufatura II 8
9. Tipos de suportes de ferramentas de Torno CNC
Atualmente existem duas grandes formas de disponibilizar as ferramentas num
torno CNC. A mais comum é a disposição das ferramentas numa torreta (figura 11). As
ferramentas são fixadas radial ou axialmente na torreta e sempre que é necessário trocar
de ferramenta, o conjunto roda numa determinada direção até colocar a ferramenta
desejada na posição de trabalho. A outra forma é chamada de magazine de ferramentas
(Figura 12). Consiste num armazenamento de ferramentas num carrocel e que podem
ser escolhidas e colocadas na posição de trabalho quando for necessário.
Figura 9 – Fresas e brocas utilizadas nos tornosCNC
Figura 10 – Pastilhas e respetivos porta pastilhasutilizadas nos tornos CNC
Figura 11 – Torreta Figura 12 – Magazine de Ferramentas
Tecnologias da Manufatura II 8
9. Tipos de suportes de ferramentas de Torno CNC
Atualmente existem duas grandes formas de disponibilizar as ferramentas num
torno CNC. A mais comum é a disposição das ferramentas numa torreta (figura 11). As
ferramentas são fixadas radial ou axialmente na torreta e sempre que é necessário trocar
de ferramenta, o conjunto roda numa determinada direção até colocar a ferramenta
desejada na posição de trabalho. A outra forma é chamada de magazine de ferramentas
(Figura 12). Consiste num armazenamento de ferramentas num carrocel e que podem
ser escolhidas e colocadas na posição de trabalho quando for necessário.
Figura 9 – Fresas e brocas utilizadas nos tornosCNC
Figura 10 – Pastilhas e respetivos porta pastilhasutilizadas nos tornos CNC
Figura 11 – Torreta Figura 12 – Magazine de Ferramentas
Tecnologias da Manufatura II 9
Dependendo do sistema adotado de disposição das ferramentas no torno, pode-se dividir
os fixadores de ferramentas em dois tipos:
Fixadores extáticos;
Fixadores com encaixe automático.
10. Fixadores estáticos
Os fixadores de ferramentas estáticos são usados nas torretas. Devem ser rígidos
suficientemente para suportar os esforços a que é submetida a ferramenta durante a
operação de torneamento assim como devem garantir uma fixação robusta para que a
máquina possa garantir boa qualidade à peça (tolerâncias dimensionais e geométricas
apertadas e bom acabamento superficial).
Como já foi apresentado anteriormente, as ferramentas utilizadas neste tipo de
máquinas possui formas variadas, o que exige diferentes fixadores de ferramentas. Na
tabela 3 estão apresentados os tipos de fixadores de ferramentas estáticos acompanhados
de uma breve descrição.
Tabela 3 - Tipos de fixadores estáticos e principais características
Fixador estático axial esquerdo
Este tipo de fixador é utilizado para fixar os porta
pastilhas, que por sua vez suportam as pastilhas de
corte. Existem ainda fixadores estáticos radiais
(direito e esquerdo) e fixadores estáticos multiusos.
Fixador estático tipo Bucha
Este fixador é utilizado para fixar brocas e permite
que se façam furos axiais com o eixo da peça. Possui
um componente (pinça) que pode ser substituído,
permitindo assim alterar o diâmetro de aperto.
Fixador estático para suportes cilíndricos
Existem porta pastilhas cilíndricos que exigem este
tipo de fixador de ferramentas.
Tecnologias da Manufatura II 10
Fixadores rotativos (radial, axial, ângulo
ajustável)
Estes fixadores permitem a rotação da ferramenta.
São utilizados para fixar fresas e como são rotativos,
permitem a fresagem num torno CNC, desde que
este possua controlo de movimento no eixo da
árvore.
11. Fixadores com encaixe automático
Os fixadores com encaixe automático são utilizados nos magazines de ferramentas.
Inicialmente eram mais utilizados nas fresadoras, tendo vindo a aplicar-se nos tornos
CNC mais recentes e centros de maquinagem. Dependendo do tipo de máquina onde
vão ser utilizados e o tipo de ferramenta que vão fixar, estes fixadores podem assumir
várias configurações como se pode observar na figura 13.
Para se obter peças com qualidade, deseja-se que este tipo de fixadores apresente as
seguintes características:
Coaxialidade: o eixo de rotação do fuso da máquina e o da ferramenta devem sermantidos concêntricos;
Força de fixação: a ferramenta de corte deve ser fixada firmemente para evitar asua rotação dentro da pinça de fixação;
Figura 13 – Fixadores de Ferramentas com encaixe automático
Tecnologias da Manufatura II 10
Fixadores rotativos (radial, axial, ângulo
ajustável)
Estes fixadores permitem a rotação da ferramenta.
São utilizados para fixar fresas e como são rotativos,
permitem a fresagem num torno CNC, desde que
este possua controlo de movimento no eixo da
árvore.
11. Fixadores com encaixe automático
Os fixadores com encaixe automático são utilizados nos magazines de ferramentas.
Inicialmente eram mais utilizados nas fresadoras, tendo vindo a aplicar-se nos tornos
CNC mais recentes e centros de maquinagem. Dependendo do tipo de máquina onde
vão ser utilizados e o tipo de ferramenta que vão fixar, estes fixadores podem assumir
várias configurações como se pode observar na figura 13.
Para se obter peças com qualidade, deseja-se que este tipo de fixadores apresente as
seguintes características:
Coaxialidade: o eixo de rotação do fuso da máquina e o da ferramenta devem sermantidos concêntricos;
Força de fixação: a ferramenta de corte deve ser fixada firmemente para evitar asua rotação dentro da pinça de fixação;
Figura 13 – Fixadores de Ferramentas com encaixe automático
Tecnologias da Manufatura II 10
Fixadores rotativos (radial, axial, ângulo
ajustável)
Estes fixadores permitem a rotação da ferramenta.
São utilizados para fixar fresas e como são rotativos,
permitem a fresagem num torno CNC, desde que
este possua controlo de movimento no eixo da
árvore.
11. Fixadores com encaixe automático
Os fixadores com encaixe automático são utilizados nos magazines de ferramentas.
Inicialmente eram mais utilizados nas fresadoras, tendo vindo a aplicar-se nos tornos
CNC mais recentes e centros de maquinagem. Dependendo do tipo de máquina onde
vão ser utilizados e o tipo de ferramenta que vão fixar, estes fixadores podem assumir
várias configurações como se pode observar na figura 13.
Para se obter peças com qualidade, deseja-se que este tipo de fixadores apresente as
seguintes características:
Coaxialidade: o eixo de rotação do fuso da máquina e o da ferramenta devem sermantidos concêntricos;
Força de fixação: a ferramenta de corte deve ser fixada firmemente para evitar asua rotação dentro da pinça de fixação;
Figura 13 – Fixadores de Ferramentas com encaixe automático
Tecnologias da Manufatura II 11
Normalização: os cones do porta-ferramentas e da árvore da máquina devem seruniformes entre si. A utilização de cones com qualidade assegura uma boa fixação;
Equilíbrio: os porta-ferramentas devem ser perfeitamente equilibrados para evitarvibrações.
A fixação é garantida pela área dos cones do porta-ferramentas e da árvore que
estão em contacto quando o porta-ferramentas é montado na máquina. Por questões de
segurança, existe essencialmente dois métodos para segurar o porta-ferramentas na
árvore: pino de tração e barra com rosca de tração. O mais comum é o pino de tração.
Na figura 14 está representado este sistema de fixação.
Relativamente à fixação da ferramenta no porta-ferramentas existe várias alternativas e
estão apresentadas na tabela 4.
Tabela 4 - Tipos de fixação da ferramenta no Porta-ferramentas e suas características
Bucha
Este tipo de fixador de ferramenta possui uma pinçaque aperta a ferramenta quando uma anilha roscadaé apertada. Apresenta boa rigidez e tem um custoacessível.
Bucha Hidráulica
Este fixador tem uma parede fina na zona de aperto daferramenta. Utiliza um reservatório de óleo que quandose aumenta a pressão exerce uma força nessa paredefina, provocando uma dilatação e assim é fixada aferramenta. O aumento da pressão do óleo é provocadopelo aperto de um parafuso que está em contacto com oreservatório de óleo. O reservatório de óleo possibilita oamortecimento de vibrações, no entanto, a geometriaassimétrica cria algum desequilíbrio no conjunto.
A – Barra de tração
B - Pino de tração
C – Colocação do porta-ferramentas
D – Retirada do porta-ferramentas
Figura 14 – Fixação do porta-ferramentas com pino de tração
Tecnologias da Manufatura II 12
Encaixe por contração
O aperto e desaperto da ferramenta é dado pela dilataçãoe contração do material. Este fixador de ferramentanecessita de um aquecedor especial o que torna estefixador mais caro que os outros. O material é aquecido edilata, possibilitando a inserção da ferramenta, quandoarrefece o furo contrai em torno da ferramenta criandouma fixação rígida e concêntrica.
Weldon
Nos fixadores do tipo Weldon, um parafuso radial entraem contacto com a ferramenta e promove a fixação. Aferramenta tem que ter uma área plana retificada nahaste para que o parafuso a impeça de escorregar quandoestiver em funcionamento.
12. Conclusão
Desde que nasceram as máquinas ferramenta até à data atual, os respetivos porta-ferramentas evoluíram bastante. No entanto, devemos ter consciência que a evoluçãonão irá ficar por aqui
