Pontifícia Universidade Católica de Goiás
Departamento de Engenharia
Curso: Engenharia de Controle e Automação
Disciplina: Processos de Fabricação I
Prof. Jorge Marques dos Anjos
Aula 12
Torneamento - Introdução
Conceito
• O processo de usinagem que se baseia no
movimento da peça em torno de seu próprio eixo
chama-se torneamento
Movimentos
• Movimento de corte: relacionado à peça
• Movimento de avanço: relacionado à ferramenta
• Movimento de penetração, profundidade de corte:
relativo a ferramenta.
Operações
• Superfícies cilíndrica internas e externas
• Superfícies cilíndrica cônicas internas e externas
Operações
Machos e cossinetes
O Torno Mecânico Universal
Carros
f = carro principal (longitudinal); o carro
transversal movimenta-se sobre ele.
e = carro transversal; o carro porta
ferramentas movimenta-se sobre este.
i = carro porta ferramentas; permite
rotação em torno de seu eixo
d = porta ferramentas; apoia-se no carro
porta ferramentas, permite rotação.
j = cremalheira; quando engrenada ao
fuso desloca o carro transversal com
avanço uniforme e automático.
k = fuso: controla o avanço automático
l = vara: guia do carro transversal.
Prendendo a peça
Placa
Prendendo pela superfície externa
• Fixação é feita por meio da parte raiada interna das
castanhas voltada para o eixo da placa universal
Prendendo pela superfície interna
•
Fixação é feita por meio da parte raiada externa
das castanhas
Prendendo peça em formato de disco
•
Usa-se castanhas invertidas
Faceamento
•
•
•
Localizar a altura: Usa-se o contra-ponta como
referência.
Depois, toca-se na peça e Zera o anel graduado do
carro longitudinal
Usina-se +/- 0,2 mm na face.
Marcação do comprimento
•
•
Realizar no material uma superfície plana
perpendicular ao eixo do torno
Operação de 0,2 mm
Etapas de um torneamento básico
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Prender a peça na castanha
Prender a ferramenta no porta ferramentas
Localizar a posição vertical do eixo da peça (da castanha)
Localizar a face da peça (ponto mais alto)
Zerar o dial (disco graduado) do carro longitudinal.
Retornar a ferramenta
Regular o torno na velocidade de corte determinada
Ligar o torno
Aproximar a ferramenta, avançar a profundidade de
faceamento desejada (normalmente 0,2 mm). O faceamento
é necessário para formar um plano de referência.
Etapas de um torneamento básico
10. Facear a peça.
11. Verificar se o faceamento removeu os relevos, isto é,
garantiu o plano de referência.
12. Se necessário, repetir a operação de faceamento com
novo avanço.
13. Medir o comprimento a ser usinado e marcar este local
com a ferramenta encostando na peça em movimento.
Nesta etapa pode aproveitar para zerar o carro
transversal.
14. Aproximar a ferramenta e usinar com a profundidade
de corte e avanço determinada.
Rotação do torno
• Cálculo da rotação:
𝑛 = 𝑉𝑐 . 1 000 /𝜋𝐷
𝑛 = rotação por minuto (RPM)
𝑉𝑐 = velocidade de corte = 𝑓(mat.peça; ferramenta)
𝐷 = Diâmetro (inicial, máximo) da peça
Síntese da operação de torneamento
•
•
•
•
Realizar o movimento de aproximação
Realizar a operação de usinagem
Medir a peça
Repetir até chegar nas dimensões desejadas
Vídeo
Torneamento – cabeçote móvel
• O cabeçote móvel é a parte do torno que se desloca
sobre o barramento
Cabeçote Móvel - Funções
• Suporte para contra-ponta: apoia uma das
extremidades da peça.
• O contra-ponta é usado para evitar vibração em
peças de médio comprimento.
Cabeçote Móvel - Funções
• Fixar mandril, que, por sua vez fixa um broca, um
alargador ou macho de rosca.
Cabeçote Móvel - Funções
• Suporte para operações de rosqueamento manual
Cabeçote Móvel - Funções
• Deslocamento da contra-ponta para usinagem de
formatos cônicos
Luneta
• Acessório para garantir a estabilidade de peças
longas e finas no processo de usinagem
• Permite usinagem externa e interna
• Necessário a lubrificação no contato da luneta com a
peça
• Necessário utilizar um relógio comprarador para
centralização da peça
• Podem ser fixas ou móveis
Luneta Fixa
1. Presa no barramento, possui três castanhas
reguláveis por parafusos
2. Utilizada para torneamento internos como furos,
rasgos
Luneta Móvel
1. Possui duas castanhas e apoia a peça durante o
avanço da ferramenta
2. Presa no carro principal do torno
3. Utilizada para torneamentos externos
Vídeo
Como usinar peças de formatos assimétricos?
Acessórios de usinagem
• Castanhas independentes
• Placa lisa
• Centro postiço
Castanhas Independentes (placa lisa)
• Função de fixar peças assimétricas
• Fixação com cantoneiras
Centro postiço
• Dispositivo de fixação provisório
• Colocados nos furos da peça para apoio
Centro postiço
• Usar discos colocados nas extremidades da peça
• Usar calços (de madeira) para evitar flambagem
Placa quatro castanha
• É necessário colocar pesos no lado oposto para
manter o equilíbrio
Castanhas independentes (4 castanhas)
Peças cônicas
• Usinagem de peças com ângulos internos ou
externos
1. Inclinação do carro superior
2. Deslocamento da contra-ponta
3. Aparelho conificador
Peças cônicas
o Inclinação do carro superior
• Peças de pequena comprimento
• 𝑡𝑔𝛼 = (𝐷 – 𝑑)/2𝐶
• Avanço manual
Peças cônicas
o Inclinação da contra-ponta (visto na aula 9)
• Peças mais longas com pequena conicidade
(aprox. 10º)
• Avanço automático do carro principal
Peças cônicas
o Aparelho conificador
• Tornear peças cônicas em série
• Copiador cônico inclinando o carro superior
• Pontas de torno
• Pinos cônicos
Sangrar e cortar
• Sangrar (acanalar) é usinar com uma ferramenta
especial, penetrando na peça, formando perfis
paralelos (formato de canal)
Sangrar e cortar
• Cortar com o torno é realizar a operação de sangrar
até que a ferramenta toque o eixo da peça
Usinagem de roscas
Formas de Rosqueamento
• Rosqueamento com tarraxas: roscas externas
Formas de Rosqueamento
• Rosqueamento com machos: roscas internas
Formas de Rosqueamento
• Rosqueamento ferramentas gumes cortantes: roscas
internas e externas com dimensões maiores
Tipos de Penetração
•



Perpendiculares
Roscas pequenos passos
Material macio (alumínio, Fofo, Bronze)
Cavacos moles
Tipos de Penetração
•




Oblíqua
Roscas passos maiores
Material médio ou duro (aço ligas)
Menor esforço de corte
Ângulo adequado saída do cavaco (refrigeração)
Tipos de ferramentas
Tipos de roscas
Operação de rosqueamento
• As roscas mais comuns são as triangulares
Escartilhão = gabarito de roscas
Operação de rosqueamento
• As roscas mais comuns são as triangulares
Verificador de rosca
Operação de rosqueamento
Calibrador de roscas
Roscas especiais
• Mudando a ferramenta:
 Roscas trapezoidal
 Roscas quadradas
 Broqueador (roscas internas)
• Mudando o sentido do carro
 Roscas à esquerda ou à direita
• Mudando o passo (deslocamento)
 Roscas múltiplas
Tipos de Tornos
Torno universal
• Grande versatilidade.
• Grande dependência do
operador.
• Não adequado à produção em série.
• Aplicado à fabricação de
peça única ou pequenas
quantidades, como
confecção de moldes e
outras ferramentas e
recuperação de elementos
de máquinas
(manutenção)
Tipos de Tornos
Torno revolver
• Troca rápida de ferramenta.
• Aplicação em produção em
série de peças relativamente
pequenas de lotes pequenos a
médios.
• Médio grau de automação
(mecânica)
Tipos de Tornos
Torno copiador
• Copia um perfil por comando
mecânico ou eletrônico.
• Alto grau de automação.
Reprodução em série
• Baixas velocidades e
avanços.
Torno copiador
para madeira
Tipos de Tornos
Torno automático - mecânicos
• Sistemas mecânicos ou
eletromecânicos comandam
automaticamente a toca de
ferramentas, reversão, variação
de profundidades e rotações,
etc.
• Tempo de setup elevado.
• Alto grau de automação.
Fabricação em série de larga
escala. Grandes lotes
• Pouca flexibilidade
Tipos de Tornos
Tornos automáticos – CNC
• Alto grau de automação
eletrônica: movimentos
acionados por motores
comandados por computador.
• Baixo tempo de setup
• Produção de pequenos ou
grandes lotes.
• Alta flexibilidade.
• Pouca dependência do operador.
• Facilidade de obtenção de formas
complexas.
Tipos de Tornos
Exemplos de tornos CNC
Tipos Tornos
Exemplos de peças tipicamente produzidas por CNC
Tipos de Tornos
Torno Vertical
• Peças de grande diâmetro e
pequeno comprimento
relativo.
• Baixa flexibilidade
• Geralmente com alto grau
de automação (mecânica ou
eletrônica)
Tipos de Tornos
• Tornos especiais
• Máquinas dedicadas a uma determinada operação
podem ser projetadas e construídas.
• Os tornos especiais são geralmente dedicados a série
única de família de peças ou, as vezes, a unicamente
uma determinada peça produzida em série.
Forças de Torneamento
• A força aplicada pela peça sobre a ferramenta é a
resultante das forças de corte propriamente dita
(tangencial à peça), da força de avanço, das forças de
apoio e atritos.
• Para efeito prático, apenas a chamada FORÇA DE CORTE
(Fc) é considerada, pois as demais, em relação a esta, são
desprezíveis
Força de corte
• A força específica de corte é de difícil
desenvolvimento por meio da fenomenologia da
remoção de cavaco. Métodos empíricos, em
laboratório, determinam a PRESSÃO ESPECÍFICA DE
CORTE (Ks) dos materiais e a força de corte pode ser
calculada por:
𝐹𝑐 = 𝐾𝑠𝐴
Fc = força de corte
Ks = pressão específica de corte (tabelado)
A = área seccional de remoção de cavaco
Área da Seção do Cavaco (A)
• Área da seção é a profundidade vezes o avanço
de corte
𝐴 = 𝑝𝑎
Força de corte (Fc)
𝑭𝒄 = 𝑲𝒔. 𝑨
𝑭𝒄 = 𝑲𝒔. 𝒑. 𝒂
p= Profundidade (mm)
a=Avanço (mm/rot)
Ks = pressão espec. corte (kN/mm²)
Fc = Força de corte (kN)
Valores de Ks
Potência de corte (Pc)
• O quanto é solicitado do eixo-árvore da
máquina para a realização de uma
determinada usinagem.
• Ajuda a estabelecer o quanto podemos
exigir de uma máquina-ferramenta para um
máximo rendimento, sem prejuízo dos
componentes dessa máquina, obtendo-se assim
boas condições de usinabilidade.
Potência de corte (Pc)
𝑃𝑐 = 𝐹𝑐. 𝑉𝑐
A fórmula prática de determinação da potência,
já realizando todas as transformações de
unidades é:
𝑭𝒄. 𝑽𝒄
𝑭𝒄. 𝑽𝒄
𝑷𝒄 =
=
𝜼. 𝟔𝟎. 𝟎, 𝟕𝟑𝟓𝟓 𝜼. 𝟒𝟒, 𝟏𝟑
Pc = potência de corte em CV (1CV = 0,7355KW)
Fc = força de corte em KN
Vc = velocidade de corte em m/min
η = rendimento da máquina (motor e sistema de
transmissão)
Algumas Recomendações de Vc
Exercícios
1. Determine a potência de corte requerida para
desbastar uma peça de aço ABNT 1045, com
ferramenta de metal duro, aplicando-se a
profundidade de 1,2 mm e o avanço de 0,4 mm.
Use a máxima velocidade da ferramenta e
rendimento da máquina η = 0,65.
2. Reconsidere o exercício 1. Caso a potência motriz
do torno utilizado seja de 3 CV, qual deve ser a
profundidade máxima de corte?
Velocidade de corte (Vc) no torneamento
e em outras usinagens por rotação.
• Velocidade de corte com Movimento de Rotação
(Vc) com movimentos de rotação como
torneamento, furação e fresamento.
𝜋𝑑𝑛
𝑉𝑐 =
1000
d = diâmetro do elemento em rotação; isto é, a peça
ou a ferramenta (broca/fresa) em mm
n = nº de rotação por minuto (rpm)
Vc = velocidade de corte em m/min
Tabelas
Velocidade de avanço (Va)
• Velocidade de avanço (Va): é o percurso de
avanço da peça ou da ferramenta em mm/min.
Va = a.n
Va = Velocidade de avanço em mm/min
a = Avanço em mm/rotação (mm/volta)
n = Rotação por minuto (rpm). Frequência
Tempo de corte (Tc)
Torneamento cilíndrico.
Torneamento longitudinal
𝑻𝒄 =
𝑳
𝑽𝒂
=
𝑳
𝒂𝒏
(min)
𝐿 = comprimento da usinagem (mm)
𝑎 = avanço (função da potência e do
acabamento superficial)
𝑛 = rpm (função da velocidade de corte; ou
seja, da relação ferramenta/peça e das
limitações de rotações do torno)
Tempos de corte de faceamento
Torneamento transversal (faceamento, sangramento)
𝒅
𝒅
𝑻𝒄 = 𝟐𝑽𝒂 = 𝟐𝒑𝒏 (min)
𝑻𝒄 =
(𝑫−𝒅)
𝟐𝑽𝒂
=
(𝑫−𝒅)
(min)
𝟐𝒑𝒏
𝑻𝒄= Tempo de corte em min
𝒑 = avanço transversal; ou seja, a penetração em mm/rot.
𝒏 = rotação em rpm
Obs: em máquinas CNC, é possível variar a rotação e manter Vc
𝑑 0
constante: 𝑇𝑐 = 𝑑/2 𝑉𝑓 −1 𝛿𝑑
2
Determinação da RPM (n)
• Dadas as características da usinagem, o objetivo
inicial é determinar a rotação a ser utilizada.
𝑉𝑐. 1000
𝑛=
𝜋𝑑
n = frequência em rotações por minuto (RPM)
d = diâmetro da peça (ou da ferramenta) em mm
Vc = velocidade de corte em m/min
Exercícios
1) Determine a rotação que deve ser empregada para
desbastar, no torno, um tarugo de aço ABNT 1060 de
100 mm de diâmetro, usando uma ferramenta de aço
rápido.
2) Reconsidere a questão 1. Substitua a ferramenta por
metal duro e determine a nova rotação ideal.
3) Se a caixa de engrenagens do torno permite
selecionar as velocidades (rotações): 20, 40, 70, 120,
180, 250, 350, 500 e 700 RPM, qual a ferramenta mais
adequada para a executar a usinagem do material
especificado (questão 1)? Por que?
Seleção da rotação
• Os tornos tradicionais possuem certas quantidades
fixas de rotação, selecionadas pela caixa de câmbio.
• Feito o cálculo, deve-se selecionar a rotação mais
próxima da calculada.
• Máquinas mais modernas podem ter suas
velocidades (rotações) regulada linearmente por
variação de frequência do motor CA ou da corrente
do motor CC.
Exercícios
1) Determine o tempo de corte para uma passada de
desbaste de 1,2 mm de profundidade com avanço de
0,6 mm, em torneamento cilíndrico, de um tarugo de
aço 1020 de 200 mm de diâmetro e 400 mm de
comprimento, utilizando ferramenta de HSS e um torno
de 4 CV, 0,7 de eficiência e com as seguintes
velocidades disponíveis: 30, 50, 90, 120, 180, 250, 380,
500, 750, 900 RPM.
2) Reconsidere o exercício 1: se for necessário reduzir o
diâmetro de 200 para 180 mm (apenas desbaste) e
sabendo-se que o operador gasta 3 minutos de ajustes
antes de iniciar uma nova passada, qual será o tempo
de usinagem de desbaste deste cilindro?
Tornos CNC
São máquinas cujos movimentos são comandados por computador
Sistema de coordenadas
• Os tornos CNC (e outras máquinas CNC também)
trabalham segundo um sistema de coordenadas.
Neste sistema, o eixo Z é o principal eixo da máquina.
• No torno, o eixo X é transversal e o Z longitudinal. O
eixo Y, no torno, permanece na posição Zero; ou seja,
é ignorado.
• Há ainda, genericamente, os eixos de rotação A, B e
C, respectivamente girando em torno de X, Y e Z.
Algumas máquinas são dotadas de todos os eixos,
outras apenas parte deles
Coordenadas
Eixos do torno
Zero Peça
É o ponto de referência para usinagem da peça.
Escolhe-se a face de encosto na castanha ou a face
oposta à castanha, com X=0.
Coordenadas Absolutas e
Coordenadas Relativas
Absoluta: a referência
é fixa. A medida do
deslocamento da
ferramenta é sempre
em relação ao Zero
Peça.
Relativa (ou
incremental): adicionase o deslocamento a
partir do ponto onde
se encontra a
ferramenta.
Exemplo de cotação aderente ao sistema de
coordenadas absolutas.
Deslocamento por coordenada absoluta
No desenho, o zero
peça foi posicionado
no ponto Z. Para
atingir o ponto D, as
coordenadas (X; Z) são:
A(16;0), B(20;-2) C(20;15), D(40;-35).
Note que o deslocamento transversal foi informado pela medida
do diâmetro e não do raio. Isso é feito para conveniência da
programação; “a penetração real é metade da informada”.
Programação
• O padrão usual de utilização é o código normalizado pela
ISO, também chamado de código “G”, devido ao fato de
utilização o G para especificar as funções preparatórias.
• Existem também códigos de fabricantes que não seguem
as normas ISO.
• Na programação, cada linha do programa é chamado
Bloco
• Cada bloco é formado por comandos
• As funções são divididas em: preparatórias, miscelâneas
e auxiliares e outras funções.
Principais Funções G
Funções G – preparatórias
G0 = posicionamento rápido (não obedece o avanço programado).
G1 = interpolação linear (linha reta no avanço F programado).
G2 = Interpolação circular no sentido horário (F programado)
G3 = Interpolação circula anti-horário (F programado)
G50 = limitação da rotação do eixo árvore.
G70 = programação em polegadas
G71 = programação em milímetros
G90 = Sistemas de coordenadas absolutas
G91 = Sistemas de coordenadas incremental
G95 = avanço em mm/volta
G96 = programação em velocidade constante
G99 = a unidade do avanço é mm/rotação.
Principais Funções M
Funções M = miscelânea e auxiliares
M0 = parada de programa
M3 = rotação do eixo árvore no sentido horário
M4 = rotação anti-horária do eixo árvore
M5 = desliga o eixo árvore
M8 = aciona a bomba de fluido de corte
M9 = desliga o fluido de corte
M30 = fim do programa.
Programação
Outras funções
N – Numeração das linhas do programa (blocos)
O – Número do programa até 4 dígitos
S – Rotação do fuso (eixo árvore) ou velocidade de
corte, se definido G 96.
E – Ponto Zero Peça
T - determina a ferramenta (n° após o T).
F – Velocidade de avanço em mm/volta
Exercício resolvido :
elabore o programa para executar o acabamento da
peça com avanço de 0,25 mm/rotação
Exercício resolvido
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
N01 O 1000;
N05 G71 G99;
N10 T01;
N15 G96 S250 M4;
N20 G50 S2500;
N25 G00 X12. Z2. M8;
N35 G1 X16. Z0. F0.25;
N40 G1 X20. Z-2. F0.25; (ou N40 X20. Z-2.;)
N45 G1 X20. Z-15;
Obs.: N25 desloca a ferramenta até
N50 G1 X40. Z-35.;
próximo ao ponto de início de
usinagem.
Exercício resolvido
•
•
•
•
•
•
•
•
•
N55 G2 X60. Z-45. R10.
N60 G1 X70. Z-45.;
N65 G3 X80. Z-50. R5.;
N70 G1 Z-65.;
N75 G1 X85. M9.;
N80 G40;
N85 G1 X86. Z-64.;
N90 G0 X200.Z200. M5;
N95 M30;