Os tornos CNC estão se tornando cada vez mais cruciais no setor manufatureiro. Para garantir a qualidade das peças torneadas, as ferramentas do torno devem ser adaptadas para atender às demandas de alta eficiência, alta velocidade e alta automação.
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Este artigo fornecerá uma visão geral das ferramentas de torno CNC, discutindo os diferentes tipos de ferramentas e como selecionar as apropriadas.
O uso generalizado de tornos CNC na produção tornou a formação de uma linha de produção quantitativa e o desenvolvimento da programação CNC um aspecto crucial do processamento CNC.
Durante o processo de programação NC é necessário escolher ferramentas e determinar parâmetros de corte em tempo real através da interação humano-computador.
Portanto, os programadores devem ter conhecimento sobre os métodos de seleção de ferramentas de corte e os princípios de determinação dos parâmetros de corte para garantir a qualidade e eficiência das peças que estão sendo processadas. Isto, por sua vez, maximiza os benefícios do uso de tornos CNC e aumenta a eficiência econômica e o nível de produção da empresa.
EU. Estrutura das Ferramentas CNC
A variedade de ferramentas de torno CNC é vasta, cada uma com funções diferentes. Selecionar a ferramenta certa com base em diferentes condições de processamento é uma etapa essencial na compilação do programa, portanto, é necessário um conhecimento básico dos tipos e características das ferramentas de torno.
As ferramentas usadas em tornos CNC incluem ferramentas externas de torno circular, brocas, ferramentas de mandrilamento, ferramentas de corte, ferramentas de processamento de rosca, etc., entre as quais ferramentas externas de torno circular, ferramentas de mandrilamento e brocas são as mais comumente usadas.
As ferramentas de torno, ferramentas de mandrilamento, ferramentas de corte e ferramentas de processamento de rosca usadas em tornos CNC são divididas em tipos integrais e tipos fixados à máquina. Além dos tornos CNC econômicos, o tipo de ferramenta de torno indexável fixada à máquina é agora amplamente utilizado.
(1) Características de ferramentas indexáveis para tornos CNC
Os parâmetros geométricos das ferramentas de torno intercambiáveis utilizadas em tornos CNC são formados pela combinação do formato da estrutura da lâmina e da orientação da ranhura da lâmina no corpo da ferramenta.
Comparado com tornos gerais, geralmente não há diferença essencial, e sua estrutura básica e características funcionais são as mesmas.
No entanto, os procedimentos de processamento dos tornos CNC são concluídos automaticamente, portanto os requisitos para ferramentas de torno indexáveis são diferentes daqueles usados em tornos gerais. Os requisitos e características específicas são mostrados na tabela a seguir.
Tabela 2-2 Características das Ferramentas de Torno Indexáveis
| Requisitos | Características | Objetivo |
| Alta precisão | Utilize lâminas de corte de nível de precisão M ou superior;
Empregue porta-ferramentas de precisão com mais frequência; Porta-ferramentas pré-configurados com dispositivos de microajuste fora da máquina. |
Garanta a repetibilidade do posicionamento da lâmina, facilite o ajuste das coordenadas e garanta a precisão da posição da ponta da ferramenta. |
| Alta fiabilidade | Use ferramentas de torneamento com tipos de ranhuras quebra-cavacos altamente confiáveis ou aquelas com plataformas quebra-cavacos e quebra-cavacos;
Empregue ferramentas de torneamento estruturalmente confiáveis, usando estruturas de fixação compostas e outras estruturas com fixação confiável. |
A quebra dos cavacos deve ser estável, sem desordens ou cavacos em forma de fita; deve acomodar o rápido movimento e reposicionamento do porta-ferramenta e não deve haver afrouxamento durante todo o processo de corte automático. |
| Troca rápida de ferramenta | Adotando um sistema de ferramentas de torneamento;
Utilizando um porta-ferramentas de troca rápida. |
Troque rapidamente várias formas de componentes de corte para completar uma ampla gama de processos de corte, aumentando assim a eficiência da produção. |
| Material da lâmina | Lâminas revestidas são comumente usadas. | Atenda aos requisitos de ritmo de produção e melhore a eficiência do processamento. |
| Seção transversal da haste | Muitos porta-ferramentas usam hastes de ferramentas quadradas, mas devido a diferenças significativas nas estruturas do sistema de porta-ferramentas, alguns exigem o uso de hastes de ferramentas especializadas. | A haste da ferramenta corresponde ao sistema de porta-ferramentas. |
(2) Tipos de ferramentas de torneamento indexáveis
As ferramentas de torneamento indexáveis podem ser categorizadas de acordo com seus usos em ferramentas de torneamento de círculo externo, ferramentas de torneamento de perfil, ferramentas de torneamento de face final, ferramentas de torneamento de círculo interno, ferramentas de torneamento de canais, ferramentas de torneamento de corte e ferramentas de torneamento de rosqueamento, conforme mostrado na Tabela 2- 3.
Tabela 2-3 Tipos de ferramentas de torneamento indexáveis
| Tipo | Ângulo de corte principal | Máquinas-ferramentas aplicáveis: |
| Ferramenta de Torneamento Externo | 900,500,600,750,450 | Torno Convencional e Torno CNC, |
| Ferramenta de torneamento de perfil | 930、107,50 | Torno de perfil e torno CNC, |
| Ferramenta para torneamento de face final | 900、450、750 | Torno Convencional e Torno CNC, |
| Ferramenta de torneamento interno | 450,600,750,900,910,930,950,107,50 | Torno Convencional e Torno CNC, |
| Ferramenta de partição | Torno Convencional e Torno CNC, | |
| Ferramenta de corte de linha | Torno Convencional e Torno CNC, | |
| Ferramenta de canal | Torno Convencional e Torno CNC. |
(3) Formas estruturais de ferramentas de torneamento indexáveis:
① Tipo de alavanca:
Conforme mostrado na Figura 2-16, ele é composto por uma alavanca, parafuso, calço, pino de calço e pastilha de corte. Este método depende da força exercida pela alavanca que pressiona o parafuso para fixar a pastilha de corte.
Ele se adapta a todos os tipos de ângulos de inclinação positivos e negativos, com uma faixa efetiva de ângulos de inclinação de -60° a +180°. Os cavacos podem fluir sem obstrução e o calor de corte não afeta o orifício do parafuso e a alavanca. As duas paredes da ranhura fornecem suporte forte para a pastilha de corte e garantem a precisão da indexação.
② Tipo de cunha:
Conforme mostrado na Figura 2-17, ele é composto por parafuso de fixação, calço, pino, cunha e inserto de corte. Este método depende da força de compressão entre o pino e a cunha para fixar a pastilha de corte.
Ele se adapta a todos os tipos de ângulos de inclinação negativos, com uma faixa efetiva de ângulos de inclinação de -60° a +180°. Não há paredes de fenda em ambos os lados, o que é adequado para corte de perfil ou operação reversa com folga.
③ Tipo de fixação em cunha:
Conforme mostrado na Figura 2-18, ele é composto por parafuso de fixação, calço, pino, cunha de pressão e inserto de corte. Este método depende da força descendente do pino e da cunha para fixar a pastilha de corte.
Possui as mesmas características do tipo cunha, mas o fluxo de cavacos não é tão suave quanto o tipo cunha.
Além disso, existem outros tipos, como prensagem de parafusos, prensagem de furos e prensagem superior.
II. Material da lâmina
A qualidade do desempenho de corte dos materiais da ferramenta afeta diretamente a produtividade das operações de corte e a qualidade da superfície usinada.
O surgimento de novos materiais para ferramentas muitas vezes melhora significativamente a produtividade, tornando-se a chave para o processamento de certos materiais difíceis de usinar e estimulando o desenvolvimento e a atualização de máquinas-ferramentas.
(1) Requisitos para o material das peças cortantes da ferramenta
Durante o corte de metal, a parte cortante da ferramenta é submetida a alta pressão, alta temperatura e intenso atrito; quando a tolerância de usinagem é irregular ou a superfície de corte é descontínua, a ferramenta também está sujeita a impactos.
Para garantir que a ferramenta possa realizar o trabalho de corte, o material para as peças cortantes da ferramenta deve ter o seguinte desempenho de corte:
① Alta dureza e resistência ao desgaste
A ferramenta deve ser mais dura que a peça de trabalho para cortar cavacos dela. À temperatura ambiente, a dureza da ferramenta deve estar acima de 60HRC. Quanto maior for a dureza do material da ferramenta, melhor será a sua resistência ao desgaste.
② Força e resistência suficientes
Para suportar a pressão e o impacto durante o processo de corte, o material da ferramenta deve ter resistência e tenacidade suficientes.
③ Alta resistência ao calor e estabilidade química
A resistência ao calor refere-se à capacidade do material da ferramenta de manter seu desempenho de corte sob condições de alta temperatura. A resistência ao calor é expressa em termos de temperatura de resistência ao calor.
A temperatura de resistência ao calor refere-se à temperatura máxima que pode basicamente manter o desempenho de corte da ferramenta. Quanto melhor for a resistência ao calor, maior será a temperatura de corte permitida para o material da ferramenta.
A estabilidade química refere-se à capacidade do material da ferramenta de resistir a reações químicas com o material da peça e o meio circundante sob condições de alta temperatura, incluindo capacidade de antioxidante e antiadesão.
Quanto maior a estabilidade química, mais lento será o desgaste da ferramenta. A resistência ao calor e a estabilidade química são os principais indicadores para medir o desempenho de corte da ferramenta.
Além do excelente desempenho de corte, os materiais das ferramentas também devem ter boa processabilidade e economia.
Estes incluem: o aço para ferramentas deve ter deformação mínima de endurecimento, camada de descarbonetação rasa e boa temperabilidade; materiais de alta dureza devem ter bom desempenho de retificação; as ferramentas de conformação laminadas a quente devem ter boa plasticidade em altas temperaturas; o desempenho de soldagem dos materiais utilizados nas ferramentas de soldagem deve ser bom; os materiais das ferramentas utilizados devem ser tão ricos e baratos quanto possível nos recursos do nosso país.
(2) Materiais de ferramentas de corte comumente usados
Os materiais de ferramentas de corte comumente usados podem ser categorizados em quatro tipos: aço rápido (HSS), carbonetos cimentados, materiais cerâmicos e materiais ultraduros.
① Aço Rápido
O aço rápido é uma liga de aço para ferramentas que contém uma quantidade significativa de elementos de liga, como tungstênio, molibdênio, cromo e vanádio, com uma fração de massa de carbono de cerca de 1%.
Após o tratamento térmico, a dureza do HSS atinge 62-65 HRC, com temperatura de resistência ao calor de 550-600°C, resistência à flexão de cerca de 3.500 MPa e resistência ao impacto de aproximadamente 0,3 MJ por metro quadrado.
O HSS tem boa resistência e tenacidade, pode suportar impactos e é fácil de retificar, tornando-o o principal material para a fabricação de ferramentas de formatos complexos, como brocas, fresas, ferramentas de brochamento, cortadores de rosca e cortadores de engrenagens. Devido à sua limitação de resistência ao calor, o HSS não pode ser usado para corte em alta velocidade.
② Carbonetos Cimentados
Os carbonetos cimentados são formados por prensagem e sinterização de um pó de alta dureza e alto ponto de fusão de carboneto de tungstênio (WC), carboneto de titânio (TiC), carboneto de tântalo (TaC), carboneto de nióbio (NbC), usando cobalto (Co) como aglutinante.
Sua dureza à temperatura ambiente é de 88-93 HRA, com uma temperatura de resistência ao calor de 800-1000°C, que é muito mais dura, mais resistente ao desgaste e ao calor do que o HSS.
Portanto, a velocidade de corte permitida das ferramentas de metal duro é 5 a 10 vezes maior do que a das ferramentas HSS. No entanto, sua resistência à flexão é de apenas 1/2 a 1/4 do HSS, e a resistência ao impacto é apenas uma fração do HSS. Os carbonetos cimentados são frágeis e sensíveis ao impacto e à vibração.
Devido ao aumento significativo de produtividade proporcionado pelas ferramentas de metal duro, elas não são adotadas apenas para a grande maioria das ferramentas de torneamento, ferramentas de aplainamento, fresas de facear, mas também para uma quantidade considerável de brocas, alargadores e outras fresas.
Hoje em dia, até mesmo ferramentas complexas de brochamento, fresas de rosca e fresas de engrenagens estão sendo gradualmente feitas de metal duro.
Em nosso país, existem atualmente três tipos de ligas duras comumente utilizadas:
As ligas de carboneto de tungstênio, compostas por WC e Co, são codificadas como YG, semelhante à categoria K na ISO. Eles são usados principalmente para processar materiais frágeis, como ferro fundido, metais não ferrosos e materiais não metálicos.
Marcas comuns incluem YG3, YG6 e YG8. O número indica a porcentagem de Co, sendo o restante a porcentagem de WC.
Em ligas duras, o Co atua como aglutinante. Quanto mais Co a liga contiver, melhor será sua tenacidade. Portanto, o YG8 é adequado para usinagem de desbaste e corte interrompido, o YG6 é adequado para usinagem semiacabada e o YG3 é adequado para usinagem fina e corte contínuo.
As ligas de tungstênio-titânio-cobalto são compostas de WC, TiC e Co e são codificadas como YT, semelhante à categoria P na ISO. Como o TiC é mais duro, mais resistente ao desgaste e ao calor do que o WC, mas também mais frágil, as ligas da classe YT têm maior dureza e resistência ao calor do que as ligas da classe YG. No entanto, são menos resistentes a impactos e vibrações.
Como a deformação plástica é significativa na usinagem de aço e o atrito entre o cavaco e a ferramenta é severo, as temperaturas de corte são altas. Mas como os cavacos têm formato de tira e o corte é relativamente estável, as ligas duras da classe YT são adequadas para o processamento de aço.
Tipos comuns de ligas de carboneto de titânio de tungstênio incluem YT30, YTl5 e YT5. O número indica a porcentagem de TiC. Portanto, o YT30 é adequado para usinagem fina e corte contínuo de aço, o YTl5 é adequado para usinagem semiacabada e o YT5 é adequado para usinagem de desbaste e corte interrompido.
As ligas de tungstênio titânio tântalo (nióbio) são compostas por uma pequena quantidade de TaC ou NbC adicionada à classe YT e são codificadas como YW, semelhante à categoria M na ISO. A dureza, resistência ao desgaste, resistência ao calor, resistência à flexão e resistência ao impacto das ligas duras da classe YW são todas superiores às da classe YT, e os dois últimos índices são semelhantes aos da classe YG.
Portanto, as ligas da classe YW podem processar aço e ferro fundido e cavacos de metais não ferrosos e são conhecidas como ligas duras universais. As marcas comuns incluem YWl e YW2, a primeira é usada para usinagem semiacabada e fina, e a última é usada para usinagem de desbaste e semiacabada.
Atualmente, as ferramentas de corte de ligas duras geralmente adotam revestimentos de materiais de alta dureza, como TiC C, TiN e Al2Ó3. A vida útil das ferramentas de metal duro revestidas é de 2 a 10 vezes maior do que suas equivalentes não revestidas.
③ Materiais Cerâmicos
Os materiais cerâmicos têm maior dureza, resistência ao desgaste, resistência ao calor e estabilidade química do que os carbonetos, mas são mais frágeis. Eles são usados principalmente para usinagem de precisão.
Os materiais usados para ferramentas de corte de cerâmica incluem cerâmica de alumina, cerâmica metálica, cerâmica de nitreto de silício (Si3N4) e cerâmica composta de Si3N4. Desde a década de 1980, as ferramentas de corte de cerâmica desenvolveram-se rapidamente.
A resistência à flexão e a resistência ao impacto da cerâmica metálica, da cerâmica de nitreto de silício e da cerâmica composta são próximas às dos carbonetos, tornando-os adequados para usinagem semiacabada e usinagem de desbaste com fluido de corte.
④ Materiais Superduros
Os diamantes sintéticos são criados a partir de grafite sob alta temperatura e pressão através da ação catalisadora de metais. Os diamantes sintéticos são usados para fabricar rebolos diamantados e, após a policristalização, para produzir discos diamantados sintéticos baseados em substratos de metal duro para ferramentas de corte.
Os diamantes são o material mais duro da natureza, com resistência ao desgaste extremamente alta e arestas de corte afiadas que podem cortar cavacos muito finos. No entanto, são muito frágeis e têm forte afinidade com metais ferrosos, por isso não podem ser usados para usinagem de desbaste ou corte de cavacos ferrosos.
Atualmente, os diamantes sintéticos são usados principalmente como abrasivos para retificação de carbonetos. Eles também podem ser usados para torneamento e mandrilamento de precisão em alta velocidade de cavacos não ferrosos e suas ligas.
O nitreto cúbico de boro (CBN) é transformado a partir de nitreto de boro cristalino hexagonal (também conhecido como grafite branco) sob alta temperatura e alta pressão. O CBN possui dureza e resistência à abrasão extremamente altas, perdendo apenas para o diamante, e pode suportar altas temperaturas de 1400 a 1500°C.
Não reage quimicamente com metais ferrosos entre 1200 e 1300°C.
No entanto, pode reagir quimicamente com a água em altas temperaturas, por isso é geralmente usado para corte a seco. O CBN é adequado para usinagem de precisão de aço endurecido, ferro fundido resfriado, ligas de alta temperatura, materiais de pulverização térmica, ligas duras e outros materiais difíceis de processar.
III. A forma da lâmina
O ícone “Selecionar formato da lâmina” é mostrado na Figura 2-20. Os principais métodos de seleção de parâmetros são os seguintes:
① Ângulo da aresta de corte
O tamanho do ângulo da aresta de corte determina a resistência da lâmina. Onde a estrutura e a rigidez da peça permitirem, um ângulo de corte tão grande quanto possível deve ser escolhido. Normalmente, esse ângulo está entre 35° e 90°.
Na Figura 2-19, a lâmina circular tipo R tem boa estabilidade durante cortes pesados, mas é propensa a gerar grandes forças radiais.
② Seleção do formato da lâmina
O formato da lâmina é escolhido principalmente com base no formato da superfície da peça que está sendo processada, no método de corte, na vida útil da ferramenta e no número de rotações da lâmina, entre outros fatores.
Lâminas triangulares equiláteras podem ser usadas para ferramentas de torneamento circular externo, ferramentas de torneamento de face final e ferramentas de torneamento de furos internos com um ângulo de aresta de corte principal de 60° ou 90°. Devido ao pequeno ângulo da aresta de corte, baixa resistência e baixa durabilidade desta lâmina, ela só deve ser usada com quantidades de corte menores.
As lâminas quadradas têm um ângulo de ponta de 90°, que é maior que os 60° das lâminas triangulares equiláteras, e assim sua resistência e desempenho de dissipação de calor são aprimorados. Essas lâminas são bastante versáteis e são usadas principalmente para ferramentas de torneamento circular externo, ferramentas de torneamento de face final e ferramentas de mandrilamento com um ângulo de aresta de corte principal de 45°, 60°, 75°, etc.
As lâminas pentagonais possuem ângulo de corte de 108° e oferecem alta resistência e durabilidade, além de grande área de dissipação de calor. Porém, geram grandes forças radiais durante o corte e só devem ser utilizados em situações onde o sistema de usinagem apresenta boa rigidez.
Lâminas circulares e em forma de diamante são usadas principalmente para modelar superfícies e processar superfícies de arco. Sua forma e tamanho podem ser determinados consultando padrões nacionais em combinação com o objeto de usinagem.
4. Tipos de ferramentas de torno NC
Os tornos CNC exigem ferramentas cada vez mais estáveis, duráveis e facilmente substituíveis.
Nos últimos anos, o uso de ferramentas intercambiáveis de fixação de máquinas CNC se generalizou e elas desempenham um papel significativo no processo de usinagem, constituindo grande parte das ferramentas utilizadas.
Quais são os tipos de ferramentas de torno CNC?
As ferramentas de torno CNC podem ser divididas em três categorias com base em sua estrutura: tipo integral, tipo embutido e tipo especial.
Além disso, podem ser classificados em quatro grupos com base no material utilizado na fabricação das ferramentas: ferramentas diamantadas, ferramentas de aço rápido, ferramentas de metal duro e ferramentas feitas de outros materiais, como cerâmica.
As ferramentas de torno CNC também podem ser classificadas com base no número de lâminas que possuem. Elas são ferramentas de lâmina única ou ferramentas de múltiplas lâminas. As ferramentas de lâmina única possuem apenas uma aresta de corte principal, enquanto as ferramentas de lâmina múltipla possuem duas ou mais arestas de corte principais.
Em comparação com as ferramentas de torno convencionais, as ferramentas CNC possuem requisitos diferentes, caracterizados por:
- Alta precisão
- Boa intercambialidade
- Longa vida útil
- Boa rigidez (especialmente para ferramentas de usinagem de desbaste)
- Conveniente para troca rápida de ferramentas
- Desempenho de corte estável
- Baixa resistência à vibração e deformação térmica
- Fácil de ajustar o tamanho da ferramenta para reduzir o tempo de troca de ferramenta
- Capacidade confiável de quebra de cavacos ou cavacos de ferro
A serialização e a padronização também são necessárias para a remoção eficiente de cavacos e para facilitar a programação e o gerenciamento de ferramentas.
V. Seleção de ferramentas de torno CNC
A seleção das ferramentas no processo de usinagem CNC é realizada por meio da interação homem-máquina.
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O programador deve fazer uma seleção adequada de ferramentas e porta-ferramentas para o torno CNC, levando em consideração vários fatores, como capacidade de processamento, procedimentos de processamento, propriedades do material da peça, parâmetros de corte e muito mais.
A regra geral para a seleção de ferramentas é priorizar ferramentas que sejam rígidas, duráveis, precisas e fáceis de instalar e ajustar.
Embora ainda atenda aos requisitos de processamento, recomenda-se escolher ferramentas com haste mais curta para aumentar a rigidez durante o processamento.
No processo de utilização de um torno CNC econômico, a retificação, a medição e a substituição da ferramenta são realizadas manualmente, resultando em um longo tempo auxiliar. É crucial organizar a sequência de ferramentas de forma eficiente para minimizar este tempo auxiliar.
Os princípios gerais a seguir são:
- Minimize o número de ferramentas usadas
- Conclua todas as etapas de usinagem com uma única ferramenta depois de fixada
- Use ferramentas separadas para usinagem de desbaste e acabamento
- Ao usinar com ferramentas semelhantes, priorize primeiro a usinagem de acabamento superficial
- Escolha um tamanho de ferramenta que seja compatível com o tamanho da superfície da peça
- Para usinagem de superfície de forma livre, ferramentas de cabeça esférica são frequentemente usadas para acabamento de superfície
- As fresas de cabeça plana são preferidas para usinagem de desbaste e acabamento de superfícies curvas, desde que nenhum corte seja garantido
É importante ressaltar que a durabilidade e a precisão da ferramenta estão relacionadas ao seu custo. Embora a seleção de uma ferramenta de alta qualidade aumente o custo da ferramenta, ela reduz o custo geral de processamento, melhorando a qualidade e a eficiência do processamento.
Através desta discussão sobre ferramentas de torno CNC, aprendemos que os tipos de ferramentas podem ser classificados com base na estrutura da ferramenta, materiais de fabricação e número de arestas de corte. A seleção das ferramentas ocorre por meio da interação homem-máquina no processo de usinagem CNC. Como componente crucial no processamento de torno CNC, a ferramenta desempenha um papel significativo.
