O que é a fresagem de contorno CNC? Projeto da trajetória de avanço e dos parâmetros de corte

Na usinagem CNC, o trajeto seguido pelo ponto de localização da fresa em relação à peça é denominado trajetória de usinagem. O projeto da trajetória afeta diretamente a precisão dimensional e a rugosidade da superfície. Uma trajetória adequada deve seguir quatro princípios:

1. Deve atingir a precisão e o acabamento superficial exigidos, mantendo, ao mesmo tempo, alta eficiência.
2. Isso deve simplificar os cálculos numéricos e reduzir o trabalho de programação.
3. Deve ser o mais curto possível, na medida do viável, para reduzir tanto os blocos do programa quanto o tempo sem corte.
4. Deve levar em conta a margem de material disponível e a rigidez da máquina, da ferramenta e da peça.

Movimentos de entrada e saída e compensação do raio da fresa

A fresagem de contorno geralmente requer compensação do raio da fresa. A trajetória da ferramenta deve definir a compensação antes que a fresa entre na peça e cancelá-la somente depois que a fresa tiver saído da peça.

Ao entrar ou sair de um perfil, a fresa deve seguir uma linha ou um arco tangente ao contorno. A entrada e a saída tangenciais evitam as marcas de ferramenta que podem resultar de uma aproximação normal direta e ajudam a manter o contorno finalizado liso.

Um método simples estabelece a compensação de raio enquanto a fresa se move em linha reta do ponto S em direção ao contorno. Posteriormente, a fresa retorna a S em linha reta, e a compensação é cancelada durante o retorno. Essa abordagem direta é eficiente, mas o contato no ponto em que a fresa encontra o perfil pode deixar uma marca visível. Portanto, ela é mais adequada quando os requisitos de contorno não são rigorosos.

Para obter um contorno de alta qualidade, a compensação de raio é definida durante um deslocamento reto a partir do ponto S, que não toca no perfil acabado. Com a compensação ativada, um arco conduz a fresa de forma natural e tangencialmente até o contorno circular. Após a conclusão do contorno, a sequência de saída é invertida, e a compensação é cancelada durante o deslocamento reto final de retorno.

Ao concluir a fresagem de um contorno externo, a fresa deve entrar tangencialmente a partir de fora do perfil e sair ao longo de uma tangente após a conclusão da usinagem.

Parâmetros de corte para fresagem de contorno

Profundidade de corte axial e radial

O comprimento da ranhura, ou comprimento da aresta de corte lateral, determina a profundidade máxima de corte. Na prática, a profundidade axial de corte na direção Z (a_p) não deve exceder 1,5 vezes o diâmetro da fresa. A profundidade radial de corte (a_w) não deve exceder o raio da fresa.

Uma fresa de diâmetro menor requer uma profundidade de corte menor para manter a rigidez adequada.

Quando uma fresa de topo realiza o desbaste de uma superfície não usinada, pode-se utilizar uma fresa de desbaste serrilhada para cortes pesados, desde que o sistema máquina-ferramenta-peça permita. Caso seja necessário remover uma grande margem de material, é preferível utilizar uma fresa de topo de diâmetro maior e comprimento menor.

Essa combinação ajuda a evitar a vibração e a deflexão da fresa durante cortes pesados ou, pelo menos, mantém ambos os efeitos ao mínimo.

Velocidade de avanço

Condições operacionais diferentes exigem velocidades de avanço diferentes. O movimento de avanço pode ser dividido em dois tipos:

• Velocidade de deslocamento rápido: a velocidade de avanço utilizada para o deslocamento sem corte.
• Velocidade de avanço na usinagem: a alimentação de trabalho utilizada durante a entrada, a saída e o corte.

Para aumentar a eficiência e reduzir o tempo não dedicado ao corte, o deslocamento rápido deve ser o mais rápido possível e, normalmente, utiliza a velocidade máxima permitida pela máquina.

A velocidade de avanço na usinagem (v_f) está relacionada à velocidade do cortador (n), número de dentes (z), e avanço por dente (f_z) da seguinte forma:

v_f = f_z · z · n      Equação (5-1)

onde:

• v_f é a velocidade de avanço;
• f_z é o avanço por dente, em milímetros por dente (mm/dente);
• z é o número de dentes da fresa; e
• n é a velocidade de rotação do cortador.

Avanço por dente (f_z) é selecionado principalmente de acordo com as propriedades mecânicas do material da peça, do material da fresa e da rugosidade superficial exigida.

À medida que a resistência e a dureza da peça aumentam, f_z devem diminuir; à medida que diminuem, f_z pode aumentar. Uma fresa de carboneto normalmente permite um avanço por dente maior do que uma fresa de aço rápido comparável.

Um requisito de rugosidade superficial mais rigoroso exige um f_z. Uma peça de baixa rigidez ou uma fresa com resistência limitada também exige um valor menor.

Velocidade de avanço em arcos circulares

Durante a interpolação circular, a velocidade de avanço real no ponto de corte (v_T) difere da velocidade de avanço selecionada no centro da fresa (v_f) devido ao raio do arco.

Para um arco externo, a velocidade de avanço real no ponto de corte é:

v_T = RR + r · v_f

Portanto: v_T < v_f

Para um arco interno, a velocidade de avanço real no ponto de corte é:

v_T = RR − r · v_f

Portanto: v_T > v_f

Se R ≈ r, a velocidade de avanço real no ponto de corte torna-se extremamente alta e pode danificar a ferramenta ou a peça. A influência do raio do arco deve, portanto, ser levada em consideração ao selecionar a velocidade de avanço programada.

Outros fatores especiais também influenciam a escolha da velocidade de avanço. Na usinagem de contornos, por exemplo, a inércia ou a deformação no sistema de usinagem podem causar um avanço excessivo ou insuficiente em um canto.

Se a fresa se deslocar do ponto A em direção ao ponto B a uma alta velocidade de avanço, a inércia pode causar um deslocamento excessivo e um corte excessivo no canto B. O excesso de material é removido do canto, gerando um erro de contorno.

Uma velocidade de avanço variável pode resolver esse problema. Reduza o avanço adequadamente antes de chegar ao canto e, em seguida, aumente-o gradualmente depois que a fresa tiver passado pelo canto.

Velocidade do fuso da fresa de topo

Ao usinar aço, uma fresa de ponta de metal duro com garras indexáveis deve, em geral, operar a uma velocidade de fuso mais alta do que uma fresa HSS padrão.

À medida que a velocidade do fuso aumenta durante a usinagem de metal duro, a temperatura do aço em contato com a aresta de corte também aumenta. O material amolece localmente, criando condições de corte mais favoráveis.

A velocidade do fuso utilizada com uma fresa de metal duro costuma ser de três a cinco vezes maior do que a utilizada com uma fresa HSS padrão. Operar uma fresa de ponta indexável de metal duro a uma velocidade do fuso muito baixa pode causar lascas no metal duro ou até mesmo sua quebra.

No caso de uma fresa de aço rápido, porém, uma velocidade do fuso excessivamente alta acelera o desgaste da ferramenta.

A velocidade de fresagem também pode ser selecionada consultando-se uma tabela de velocidades de corte adequada.

[ESPAÇO RESERVADO PARA IMAGEM: Tabela de referência para velocidades de corte na fresagem]

Figura: Tabela de referência para velocidades de corte na fresagem

Vibração e correção dos parâmetros de corte

Uma fresa cilíndrica pode apresentar vibração durante a usinagem. As causas mais comuns incluem fixação inadequada da ferramenta, saliência excessiva da lâmina em relação ao porta-fresas, profundidade de corte ou velocidade de avanço excessivas ao usinar paredes finas e deflexão da lâmina.

A vibração causa um engate irregular ao redor das arestas de corte periféricas da fresa. A carga de corte real pode exceder o valor pretendido, reduzindo a precisão da usinagem e a vida útil da ferramenta.

Quando ocorrer vibração, reduza tanto a velocidade de corte quanto a taxa de avanço. Se ainda houver vibração significativa após ambas terem sido reduzidas em 40%, reduza a profundidade de corte.

Se a vibração ainda persistir, verifique o método de usinagem e a rigidez da montagem.