PONTIFCIA UNIVERSIDADE CATLICA DO RIO GRANDE DO SUL FACULDADE DE ENGENHARIA

MQUINAS FERRAMENTA FRESADORA

Carlos Machado Cludio Fagundes Jos Antnio Matheus Vincius de Freitas

Porto Alegre, abril de 2010

1. Introduo O objetivo principal deste trabalho apresentar uma viso geral de uma operao de usinagem muito utilizada atualmente, o fresamento. So abordados tpicos como a mquina ferramenta utilizada e suas partes, ferramentas de corte necessrias, mtodos de fresamento e variveis e parmetros de corte que devem ser observados para a correta realizao desse tipo de usinagem. Dedicou-se tambm um captulo inteiro ao cabeote divisor, equipamento este pertencente exclusivamente a esta mquina ferramenta e indispensvel na confeo de engrenagens, devendo-se a estes fatores toda sua importncia para a indstria metal-mecnica da atualidade.

2. A Fresadora

A fresadora uma mquina ferramenta derivada do torno mecnico, que surgiu em 1918. Seu desenvolvimento ocorreu a partir de dificuldades em se conseguir executar determinados tipos de usinagem em seu predecessor. especializada em remover matria prima da pea a usinar utilizando uma ferramenta de corte chamada fresa. A fresa, em geral cilndrica, composta de diversas arestas de corte que, em movimento rotativo contnuo, vo arrancando material da pea sob usinagem gerando assim o cavaco, de maneira a conferir pea as formas e dimenses desejadas. A seguir, imagem de um conjunto com trs fresas.

Conjunto com trs fresas para abertura de furos.

De acordo com os parmetros de corte e a ferramenta selecionados, a fresadora capaz de realizar operaes de desbaste ou acabamento. Dentre as mais comuns esto as de fresamento frontal ou faceamento, fresamento tangencial e a abertura de canais e guias. As fresadoras dividem-se basicamente em trs tipos, classificados de acordo com a posio relativa entre o eixo, onde se fixa a fresa, e a mesa, onde se fixa a pea, que so a fresadora universal, a fresadora vertical e a fresadora horizontal. Existe ainda, para cada uma das trs citadas, sua correspondente com tecnologia CNC. As mais comuns e versteis so as fresadoras universais, pois permitem que sejam realizados os mais diversos tipos de trabalhos. Geralmente so utilizadas na fabricao de

engrenagens, ditas retas e helicoidais, e roscas sem fim, porm so capazes de fabricar as mais variadas peas para diferentes aplicaes. A seguir, imagem de uma fresadora universal.

Fresadora Universal. Note-se a presena do eixo principal e do cabeote vertical.

2.1. Partes de uma Fresadora Universal A fresadora universal foi o primeiro tipo de fresadora inventado, de onde derivou-se todos os outros tipos de fresadora, ou seja, conforme o surgimento de aplicaes especficas, adaptou-se a fresadora universal a tais necessidades. ainda a mais utilizada na prtica pela indstria, visto seu custo relativamente baixo, se comparado a tecnologia CNC, e sua ampla variedade de aplicaes, quando comparado com a fresadora vertical ou horizontal por exemplo. Por tais motivos, no se faz necessrio o detalhamento de todos os tipos de fresadoras existentes. 2.1.1. Sistema de suporte responsvel pela sustentao de todas as partes da mquina. constitudo pela base e pela coluna. 2.1.2. Sistema de acionamento principal A funo deste subsistema proporcionar o giro da ferramenta com diferentes velocidades. Como principais constituintes temos o motor de acionamento, polias, correias, eixos e engrenagens para transmisso de movimentos. 2.1.3. Sistema de fixao e movimentao da pea responsvel pela fixao e movimentao da pea a ser usinada. constitudo pela mesa, sela e consolo. 2.1.4. Sistema de avano Tem a finalidade de proporcionar o movimento automtico da pea com diferentes velocidades. Seus principais componentes so o motor e as engrenagens. 2.1.5. Sistema de fixao e movimentao da ferramenta Tem a funo de fixar e movimentar a ferramenta. constitudo pelo eixo rvore e mandril.

3. O Cabeote Divisor O aparelho divisor um acessrio da fresadora que permite fazer as divises dos dentes das engrenagens. Permite tambm fazer furos ou rasgos em outros tipos de peas, alm de possibilitar a fresagem de ranhuras e dentes helicoidais. Normalmente o aparelho divisor composto por uma coroa com 40 ou 60 dentes; trs discos divisores que contm vrias sries de furos e uma manivela para fixar a posio desejada para a realizao do trabalho. A seguir, ilustrao do cabeote divisor.

Representao esquemtica do cabeote divisor. Indispensvel na confeco de engrenagens.

Conforme o nmero de voltas dadas na manivela e o nmero de furos calculado, obtm-se o nmero de divises desejadas. Assim, se em uma coroa de 40 dentes, por exemplo, dermos 40 voltas na manivela, a coroa e a pea daro uma volta completa em torno de seu eixo. Porm, o nmero de dentes da engrenagem a ser fabricada nem sempre corresponde a uma volta completa na manivela. Dependendo da situao, voc pode ter de dar mais de uma volta e tambm fraes de volta para obter o nmero desejado de dentes. Por exemplo, se queremos fresar uma engrenagem com 20 dentes, o material dever ser girado 1/20 de volta, para a fresagem de cada dente. Ento, se o aparelho divisor tem uma coroa de 40 dentes, em vez de dar 40 voltas na manivela, ser necessrio dar 40/20 de voltas. Isso significa 2 voltas na manivela para cada dente a ser fresado. Tendo estabelecido a relao entre o nmero de dentes da coroa e o nmero de divises desejadas, fica fcil montar a frmula para o clculo do aparelho divisor:

Em que Vm o nmero de voltas na manivela, C o nmero de dentes da coroa e N o nmero de divises desejadas. Suponhamos, ento, que voc tenha de fresar 10 ranhuras igualmente espaadas em uma pea cilndrica usando um divisor com coroa de 40 dentes. Os dados que voc tem so: C = 40 e N = 10. Montando a frmula, temos:

Esse resultado, Vm = 4, significa que voc precisa dar 4 voltas completas na manivela para fresar cada ranhura. 3.1. O disco divisor Nem sempre o nmero de voltas exato. Nesse caso, voc tem de dar uma frao de volta na manivela e o que ajuda nessa operao o disco divisor.

Desenho esquemtico do cabeote divisor.

O disco divisor um disco com uma srie de furos que permitem a obteno de frao de voltas. Em geral, um aparelho divisor tem trs discos com quantidades diferentes de furos igualmente espaados entre si. Basicamente, as quantidades de furos existentes em cada disco so as mostradas na tabela a seguir.

Tabela com a quantidade de furos existente em cada disco perfurado.

Esses nmeros significam, por exemplo, que o disco 1 tem 6 circunferncias contendo respectivamente 15, 16, 17, 18, 19 e 20 furos igualmente espaados. O mesmo raciocnio serve para os demais discos. 3.1.1. Clculo para o disco divisor A frmula do clculo para o disco divisor a mesma do aparelho divisor:

Vejamos agora um exemplo prtico de aplicao do que vimos sobre o cabeote divisor. Supondo que voc deseje fresar uma engrenagem com 27 dentes, utilizando um aparelho divisor com coroa de 40 dentes. Vamos aplicar a frmula:

Voc tem como resultado 1, que a quantidade de voltas necessrias realizao do trabalho. O resto da diviso (13) representa o nmero de furos a serem avanados no disco divisor.

4. Mtodos de Fresamento Quanto aos mtodos de fresamento temos basicamente dois tipos, o frontal e o perifrico, tambm conhecido como tangencial, que tambm se divide em perifrico concordante e perifrico discordante, cada um com suas vantagens e desvantagens. Vejamos de maneira detalhada as caractersticas de cada um. 4.1. Fresamento perifrico No fresamento perifrico a superfcie sob usinagem encontra-se paralela ao eixo da fresa, ou seja, em uma fresadora universal, provavelmente seu eixo estar na posio horizontal. O fresamento perifrico subdivide-se ainda em concordante e discordante, de acordo com o movimento relativo entre avano da pea e sentido de giro da ferramenta. 4.1.1. Fresamento perifrico concordante No fresamento perifrico dito concordante os sentidos de giro da ferramenta e avano da pea so os mesmos, de modo que a ferramenta se comporta como se estivesse puxando a pea ao seu encontro. Nesta operao a espessura do cavaco decresce durante sua formao, ou seja, no incio do corte sua espessura mxima, ao passo que diminui ao longo do movimento at que, ao final do corte, sua espessura torna-se teoricamente zero. Nota-se que o maior esforo realizado pela aresta de corte no incio do movimento, pois quando ocorre o esmagamento do material e a trao sofrida pela superfcie da pea adquire valor mximo de ruptura, iniciando-se ento o corte. Vejamos a figura a seguir.

Representao esquemtica de um fresamento perifrico concordante.

4.1.2. Fresamento perifrico discordante No fresamento perifrico discordante ocorre o contrrio. O sentido de giro da ferramenta e do avano da pea so contrrios, fazendo com que a ferramenta tenda a arrancar a pea da morsa. Nesse tipo de operao a espessura do cavaco aumenta durante o corte, pois no incio do mesmo, esta tem valor teoricamente zero, no ocorrendo na verdade o corte, e sim, apenas o esmagamento do material. Como conseqncia o esforo e a tendncia a vibraes na ferramenta so maiores nesse perodo. Note-se a figura a seguir.

Representao esquemtica de um fresamento perifrico discordante.

Quando comparados entre si os fresamentos concordante e discordante, observa-se que cada um apresenta vantagens e desvantagens, cabendo ao usurio optar pelo que melhor se encaixa em suas necessidades. Vantagens do fresamento concordante, quando comparado ao discordante: - Menor desgaste da ferramenta, em conseqncia, maior vida til; - Melhor qualidade superficial; - Menor potncia requerida para o corte; - A fora resultante pressiona a pea conta a mesa onde est fixada, de modo a reduzir a tendncia a vibraes. Porm existem situaes onde se deve preferir o fresamento discordante ao concordante: - Quando existe folga no fuso da mesa da mquina ferramenta; - Quando a superfcie da pea apresentar resduos de areia de fundio, for muito irregular ou o material for produto de operaes de forjamento. Entendido o fresamento perifrico, passemos ao fresamento frontal.

4.2. Fresamento frontal No fresamento frontal a superfcie sob usinagem encontra-se perpendicular ao eixo da fresa, de modo que a superfcie usinada produzida pela aresta secundria da ferramenta. Nesta operao ocorrem simultaneamente os movimentos concordante e discordante. Se tomarmos um nico dente em particular, temos primeiro um fresamento tipo discordante, dado que a aresta de corte vai de encontro a superfcie da pea porm, o cavaco gerado inicia o movimento com espessura mnima e a aumenta at ultrapassar a linha de centro da ferramenta, momento em que o fresamento se torna concordante, visto o sentido de giro da fresa tornar-se o mesmo do avano da pea. Ento a espessura do cavaco decresce at seu valor mnimo novamente, teoricamente zero. Das operaes de fresamento, esta a que gera o cavaco de maior comprimento, visto o longo perodo de contato entre cada gume da ferramenta e a pea, em cada giro da fresa.Esses detalhes podem ser observados na imagem a seguir.

Representao esquemtica de um fresamento frontal.

5. Variveis e Parmetros de Corte No fresamento, assim como nos demais processos de usinagem, existe uma srie de importantes parmetros de corte a considerar. Eles descrevem quantitativamente os movimentos, as dimenses e outras caractersticas da operao de corte. Os parmetros que descrevem o movimento da ferramenta e/ou pea so o nmero de RPMs, velocidade de corte e velocidade de avano.

As dimenses do corte so a profundidade de corte e penetrao de trabalho. Outros parmetros so: dimetro da ferramenta e seu nmero de arestas de corte, taxa de remoo de material e o tempo de corte. Para definio e medio dos ngulos da ferramenta e outros parmetros utilizamos um ponto selecionado sobre o gume como referncia. Vejamos na figura.

Anlise dos parmetros de corte. Note-se a variao na direo da Vf e Vc durante o movimento.

As definies, os smbolos e as unidades desses parmetros para o fresamento so as seguintes: 5.1. Frequncia de rotao (n) [rpm] o nmero de voltas por unidade de tempo que a fresa d em torno do seu eixo. 5.2. Velocidade de corte (Vc ) [m/min] a velocidade instantnea do ponto selecionado sobre o gume, no movimento de corte, em relao a pea. No fresamento, o movimento de corte proporcionado pela rotao da ferramenta. A velocidade de corte , ento, uma velocidade tangencial. As grandezas relacionadas ao movimento de corte recebem o ndice c. Um exemplo a velocidade de corte, Vc.

Representao esquemtica dos parmetros Vc. Vf, n.

5.3. Avano por revoluo (f) [mm] No fresamento, o avano a distncia linear percorrida por um conjunto de dentes que compe uma ferramenta durante uma rotao completa dessa ferramenta. medido no plano de trabalho. As grandezas relacionadas ao movimento de avano recebem o ndice f, como o caso da velocidade de avano, Vf. 5.4. Avano por dente (fz ) [mm/dente] a distncia linear percorrida por um dente da ferramenta no intervalo em que dois dentes consecutivos entram em corte. Tambm medido no plano de trabalho. 5.5. Velocidade de avano (Vf ) [mm/min] a velocidade instantnea do ponto selecionado sobre o gume, no movimento de avano, em relao a pea. No fresamento, o movimento de avano provocado pela translao da ferramenta sobre a pea ou vice-versa. A direo da velocidade de avano , ento, radial ao eixo da ferramenta.

Representao esquemtica dos parmetros f, fz e Vf.

5.6. Dimetro (D) [mm] o dimetro da fresa.

5.7. Nmero de dentes (z) o nmero total de dentes que a fresa contm. 5.8. Profundidade de corte (Penetrao passiva) (ap ) [mm] a quantidade que a ferramenta penetra na pea, medida perpendicularmente ao plano de trabalho (na direo do eixo da fresa). No fresamento frontal, ap corresponde profundidade de corte e no fresamento perifrico, largura de corte. 5.9. Penetrao de trabalho (ae ) [mm] a quantidade que a ferramenta penetra na pea, medida no plano de trabalho e perpendicular direo de avano.

Representao esquemtica dos parmetros D, z, ap, ae.

5.10. Tempo de corte (tc ) [min] o tempo em que a ferramenta est efetivamente em corte. 5.11. Taxa de remoo de material (Q) [mm3/min] o volume de material usinado por unidade de tempo.

Equaes que determinam o tempo de corte e a taxa de remoo de material.

6. Concluso De acordo com as informaes apresentadas durante o trabalho, percebe-se que a fresadora uma mquina ferramenta de funcionamento relativamente simples, bastante semelhante ao torno mecnico, capaz de executar as mais diversas operaes dentro do campo da usinagem, de maneira a permitir a fabricao de peas para diferentes aplicaes do setor metal-mecnico e ainda, uma mquina ferramenta de custo relativamente baixo. Portanto justifica-se sua grande importncia e presena no atual momento da industria.

7. Referncias Bibliogrficas 7.1. Centro de Informao Metal Mecnica CIMM, http://www.cimm.com.br/portal/noticia/material_ didatico/4859 A Fresadora, Partes de uma Fresadora Universal, Mtodos de Fresamento, Variveis e Parmetros de Corte. 7.2. Wikipdia, a enciclopdia livre, http://pt.wikipedia.org/wiki/Fresadora A Fresadora. 7.3. Biblioteca Virtual do Estudante Brasileiro, http://www.bibvirt.futuro.usp.br/index.html O Cabeote Divisor, O Disco Divisor, Exemplo de clculo para o Disco Divisor.