Escolhendo Entre Fresamento Horizontal e Vertical e Torneamento: Diferenças-Chave Explicadas

Quando se trata de máquinas de fresamento e torneamento CNC, há muitos detalhes que fazem uma diferença significativa em seu fluxo de trabalho. Nenhuma máquina única pode lidar com todas as operações de manufatura possíveis, então é sábio notar as características que seriam mais adequadas às suas operações.

Existem muitos desses cálculos para manter em mente, mas uma das distinções mais importantes a fazer quando se trata de escolher uma configuração de usinagem é se a configuração deve ser vertical ou horizontal.

Centros de usinagem horizontais (HMCs) e máquinas de fresamento vertical (VMCs) diferem de várias maneiras além de sua orientação sozinha. Os dois tipos de fresa têm componentes diferentes e são adequados a diferentes operações de corte: como regra geral, uma máquina de fresamento horizontal pode cortar ranhuras profundas com mínimo ruído ou deformação da ferramenta, enquanto uma máquina de fresamento vertical pode ser melhor para detalhes finos.

Este artigo analisa as principais diferenças entre máquinas de fresamento horizontal e vertical. Analisa os benefícios e limitações de cada processo, lista algumas máquinas comuns no mercado, e oferece dicas sobre como escolher entre fresamento horizontal e vertical.

O que é uma Máquina de Fresamento Vertical?

Uma máquina de fresamento vertical é uma máquina de fresamento na qual o fuso (que segura o mandril, que por sua vez segura a ferramenta de corte) é orientado verticalmente. É a configuração mais comum para uma fresadora CNC, e pode ser usada para fresamento, ranhuramento, furação ou alargamento.

Máquinas de fresamento vertical na verdade compreendem a maioria das máquinas de fresamento em indústrias como metalurgia, o que pode ser atribuído aos seus custos mais baixos em comparação com sistemas horizontais. Como o nome implica, máquinas de fresamento vertical têm uma orientação vertical em sua cabeça de corte ou fuso. Os controles específicos de fresamento podem variar de máquina para máquina.

Máquinas de fresamento vertical populares incluem as gamas de produtos Integrex, VCN e VTC da Mazak; as séries VF, VR e Universal da Haas (a 3ERP usa modelos das gamas VF e Universal); o FANUC ROBODRILL; e as gamas CMX V, DMV e NVX da DMG MORI.

Os dois principais tipos de fresas verticais são fresas de torre (turret mills) e fresas de mesa (bed mills).

Máquina de Fresamento de Torre (Turret Milling Machine)

Com máquinas de fresamento de torre, o fuso permanece fixo no lugar, enquanto a parte da mesa da máquina segura o material. Esta mesa se move horizontal ou verticalmente, permitindo que a máquina manipule a posição do material em ambas as direções. A fresa de torre é um dispositivo extremamente versátil, mas pode ser limitada pelo tamanho das peças que produz.

Máquina de Fresamento de Mesa (Bed Milling Machine)

Máquinas de fresamento de mesa movem os materiais ao longo do eixo horizontal com um fuso restrito ao eixo vertical. O fuso pode mover para cima e para baixo conforme necessário e processar o material em forma. Máquinas de fresamento de mesa têm uma gama de movimento bastante boa, já que a parte do fuso se combina com o movimento horizontal da mesa permitindo o fresamento de uma ampla variedade de formas e profundidades.

O que é uma Máquina de Fresamento Horizontal?

Uma máquina de fresamento horizontal pode realizar muitas operações similares a uma fresa vertical, mas é configurada diferentemente, com o fuso orientado horizontalmente. Mais robustas e resistentes que fresas verticais, estas máquinas podem lidar com operações de corte poderosas e peças pesadas.

Os cortadores da fresa horizontal se assemelham à lâmina de uma serra circular, com uma diferença crucial sendo que eles são geralmente mais grossos, menores e sua forma oferece fresamento mais rápido que os fusos em suas contrapartes verticais.

O uso do mandril e seu comprimento também podem significar que uma fresa horizontal pode usar múltiplos cortadores ao mesmo tempo.

Para operações de fresamento mais complexas, algumas máquinas de fresamento horizontal têm uma mesa rotativa, para que a ferramenta de corte possa abordar a peça de trabalho de diferentes ângulos. Esta configuração de fresamento horizontal é chamada de mesa universal.

Máquinas de fresamento horizontal populares incluem as gamas de produtos FF, HCN e MEGA da Mazak; as séries EC e Universal da Haas (a 3ERP usa a Universal); e as gamas NH, NHX e i-Series da DMG MORI.

O que é Torneamento CNC

Quando se trata de centros de torneamento CNC, assim como as máquinas de fresamento, eles também podem ser divididos em configurações horizontal e vertical.

Torneamento Horizontal

Centros de torneamento horizontais são o tipo mais proeminente na maioria das indústrias. Eles têm um fuso orientado horizontalmente, com ferramentas montadas para fora do lado do porta-ferramentas. Isso ajuda a cortar através do objeto sendo processado. Muito como sua contraparte de fresamento, este tipo de centro de torneamento também se beneficia da gravidade, pois ela puxa os cavacos para longe da peça de trabalho.

Torneamento Vertical

Centros de torneamento verticais também são chamados de tornos de torre vertical ou VTL. Os centros de torneamento vertical e horizontal são muito similares, mas sua configuração e forma são invertidas, permitindo que o cabeçote assente no chão e a placa frontal se torne uma mesa rotativa horizontal. Centros de torneamento verticais invertidos são como os regulares, mas têm posições invertidas para o fuso e mandril de garras.

Usinagem Vertical – Prós e Contras

A usinagem vertical é mais aplicável a projetos onde o foco principal do objeto em questão está em um lado particular. Isso pode ser algo como uma grande chapa de metal ou uma matriz de afundamento.

Vantagens

1. Simplicidade: Máquinas de fresamento vertical também têm o benefício de serem geralmente menos complexas que máquinas de fresamento horizontal, sendo tanto mais baratas quanto mais fáceis de usar e manter por esta razão.
2. Versatilidade: Com centros de usinagem vertical há algumas variações baseadas no tipo. Fresas de torre geralmente são limitadas a projetos de tamanho menor devido a como o movimento de dois eixos pode ser desafiador com peças maiores de material. Em contraste, fresas de mesa são mais adequadas a projetos que requerem peças de trabalho mais pesadas e maiores (ainda que ainda muito menos proficientes no processamento de tais itens quando comparadas a fresas horizontais).
3. Espaço Ocupado: Máquinas de fresamento vertical têm um espaço ocupado muito menor que suas contrapartes horizontais. Isso, junto com o preço, torna-as desejáveis para oficinas menores. Elas também têm mais usuários e, portanto, têm um pool maior de torneiros qualificados.
4. Custo: Centros de usinagem vertical são mais comuns que horizontais e são menos caros — tanto em termos de custo da máquina quanto de custos de manutenção.
5. Detalhe: Máquinas de fresamento vertical são boas em fresar características finas em peças com tolerâncias apertadas.

Desvantagens

Onde VMCs falham é na capacidade de produzir em volumes e complexidades mais altos. Materiais mais pesados também podem ser um problema para as operações da máquina de fresamento vertical, pois podem ser mais difíceis de levantar e abaixar.

1. Acesso: Uma máquina de fresamento vertical se destaca no fresamento de face única (ex: matrizes de afundamento), mas é menos equipada para fresar em todos os lados de uma peça, requerendo uma nova configuração de fixação da peça.
2. Potência: Para peças muito grandes e pesadas, máquinas de fresamento vertical podem lutar, especialmente fresas de torre que precisam mover constantemente a peça de trabalho.
3. Velocidade: Fresas verticais são precisas, mas podem ser mais lentas que uma máquina de fresamento horizontal quando produção de alto volume é requerida.

Fresamento Horizontal – Prós e Contras

Apesar do ponto de preço mais alto, máquinas de fresamento horizontal são a escolha preferível para projetos mais complexos.

Vantagens

As máquinas são mais versáteis e podem trabalhar em mais lados que as verticais. Elas também são melhores para itens mais pesados e onde cortar uma ou mais ranhuras com um material é desejável. Fresas horizontais têm uma melhor propensão para criar ranhuras também.

Outros benefícios são:

1. Potência: A estabilidade do mandril permite cortes pesados, permitindo remoção rápida de material em grandes seções — mesmo de materiais duros.
2. Velocidade: Remoção rápida de material torna fresas horizontais ideais para produção de alto volume (de peças relativamente simples).
3. Fresamento em Gang (Gang Milling): As máquinas também podem permitir cortadores extras para várias aplicações, particularmente inserção de ranhuras mais eficientemente. Em certas fresas horizontais, mesas podem ser rotacionadas para permitir fresamento em múltiplos ângulos em vez de estritamente em um plano horizontal. Este movimento da mesa também adiciona um pouco mais de versatilidade ao arsenal da máquina.
4. Evacuação de Cavacos: Máquinas de fresamento horizontal também têm uma evacuação de cavacos muito melhor. Isso se deve à configuração fazer uso da gravidade para deixar os cavacos caírem. Além disso, isso é mais propício a um melhor acabamento superficial e maior vida útil da ferramenta.

Desvantagens

Em termos de desvantagens, a mais crítica é os custos mais altos associados com máquinas de fresamento horizontal.

1. Custos: Estes custos podem ser tão altos quanto 3 a 4 vezes o de fresas verticais. HMCs também podem ser mais difíceis de monitorar, com peças obstruídas e a visão do projeto limitada pelo design.
2. Complexidade: Uma máquina de fresamento horizontal pode ser mais difícil de operar que uma fresa vertical.
3. Espaço Ocupado: Uma máquina de fresamento horizontal ocupa mais espaço no chão que fresas verticais, o que as torna difíceis de instalar em oficinas menores.

Torneamento Horizontal – Prós e Contras

Centros de torneamento horizontais são frequentemente bastante flexíveis e têm leitos mais longos, o que os torna mais adequados para peças mais longas como eixos. Isso lhes dá utilidade e versatilidade adicionais. Eles também podem usar peças como alimentadores de barras e comumente têm contrapontos, que são raros para tornos verticais.

Centros de torneamento horizontais existem há mais tempo e, portanto, a maioria das máquinas e especialistas tendem a operar com esta configuração. Isso também significa que há uma riqueza maior de informações disponíveis sobre estas máquinas e suas operações específicas. Contratação e treinamento tendem, portanto, a se orientar para isso, o que pode ser uma vantagem da própria máquina.

Máquinas horizontais podem ser limitadas. Ao usinar peças de grande diâmetro curtas, especialmente se forem peças pesadas, os centros de torneamento verticais funcionam melhor. Fluxo de cavacos e limpeza também são um problema com configurações horizontais.

Torneamento Vertical – Prós e Contras

Esta configuração é particularmente benéfica para usinar objetos grandes, pesados e curtos. A atração para baixo da gravidade contribui para a colocação da peça de trabalho na fixação. Outra vantagem é que a presença da gravidade direciona os cavacos para longe da peça de trabalho e para a bandeja ou transportador.

Muitas peças de carros são feitas verticalmente e tipicamente com um fuso duplo. Um benefício disso é que você tem a gravidade trabalhando a seu favor; quando você coloca a peça no mandril, ela se assenta sozinha.

Ter o fuso vertical, em oposição ao horizontal, permite que o fuso seja suportado 360°, eliminando a flacidez do fuso e aumentando o peso máximo permitido no fuso. O suporte adicional também dissipa as forças de corte criadas por cortes pesados e/ou interrompidos. Eliminar a flacidez do fuso também permite capacidades para alcançar melhores precisões de planicidade e perpendicularidade da peça.

Centros de torneamento verticais também têm um espaço ocupado muito menor que seus irmãos horizontais, permitindo que oficinas otimizem o espaço no chão. Frequentemente, um torno vertical pode ocupar metade do espaço de um torno horizontal, o que pode dar-lhe uma vantagem em oficinas menores.

Máquinas verticais invertidas também são uma opção, pois podem permitir automação embutida que não estaria disponível com horizontais. Aqui, o fuso vem por cima e pega a peça, enquanto em um horizontal você precisa de um robô ou pórtico para carregá-la.

Cavacos podem representar um problema para tornos verticais e centros de torneamento se a peça sendo processada for côncava. Isso frequentemente resulta em cavacos ficando presos internamente. Outro problema que pode surgir é o de cavacos caindo no próprio fuso. Medidas de proteção e guarda devem ser eficientes.

Como Escolher Entre Fresamento Vertical e Horizontal?

A escolha entre fresamento vertical vs horizontal se resume a fatores como:

1. tamanho da peça
2. complexidade da peça
3. orçamento
4. quantidade
5. disponibilidade da oficina
6. material

Como regra geral, o fresamento vertical é frequentemente melhor para:

• peças detalhadas
• peças que só precisam de trabalho em um lado
• materiais mais macios
• peças cotidianas para as quais há um orçamento limitado

O fresamento horizontal é melhor para:

• remoção rápida de material
• peças grandes e pesadas
• materiais mais duros
• peças que precisam de trabalho em múltiplas faces
• operações que requerem ferramentas de corte personalizadas ou especializadas

Em muitos casos, uma oficina considerará seu projeto e determinará o melhor equipamento a usar para fresamento.

Para mais informações sobre os diferentes tipos de fresas e suas aplicações, confira nosso guia sobre o que é fresamento CNC e como funciona.

Nota Final

Também é importante manter em mente que existem vários tipos de peças adicionais e cabeças de corte que podem ser usadas para modificar uma fresa horizontal para fazer fresamento vertical, ou vice-versa. Isso pode servir como uma solução mais barata quando um tipo de máquina encontra um possível obstáculo.

No entanto, embora tais ferramentas sejam ótimas, elas ainda são uma solução limitada comparada a ter o dispositivo real em mãos. Similarmente, centros de torneamento verticais invertidos também podem ser algo a considerar, pois podem adicionar automação adicional ao processo.

Esperamos que as informações que fornecemos ajudem. A 3ERP oferece serviços de fresamento CNC e serviços de torneamento CNC para prototipagem rápida e produção. Contate nossos engenheiros se precisar de mais sugestões de manufatura.