Compreendendo a velocidade do fuso:a chave para o sucesso da usinagem CNC

A velocidade do fuso, por definição, é a velocidade de rotação do fuso da máquina CNC. Sua unidade de medida típica é Revoluções por Minuto (RPM).

A velocidade do fuso determina a rapidez com que a ferramenta de corte ou peça gira, tendo assim um impacto direto em fatores como eficiência de usinagem, acabamento superficial e vida útil da ferramenta.

Velocidade do fuso versus velocidade de corte

Antes de entrarmos nos detalhes da velocidade do fuso, vamos discutir brevemente a questão da velocidade de corte versus velocidade do fuso. Esses dois conceitos de usinagem, embora não muito diferentes entre si, têm funções distintas em uma oficina mecânica CNC.

A velocidade do fuso, como já sabemos, é o número de rotações que o fuso (ou ferramenta) gira por minuto. Depende de fatores como diâmetro da ferramenta, capacidades da máquina-ferramenta e requisitos de qualidade. Os maquinistas geralmente o selecionam a partir de um gráfico de referência de velocidade do fuso.

A velocidade de corte, por outro lado, é um tema um pouco mais técnico. É a velocidade com que a aresta de corte se move sobre a superfície do material da peça. As unidades comuns de medida para velocidade de corte são metros por minuto (m/min) ou pés por minuto (ft/min).

A seleção da velocidade de corte leva em consideração fatores que afetam a ação de corte real. Isso inclui as propriedades do material, geração de calor, refrigeração e desgaste da ferramenta.

Por que a velocidade do fuso é importante na usinagem?

A velocidade do fuso afeta diretamente uma série de métricas de qualidade de usinagem CNC. Esta seção discute a relação entre a velocidade do fuso e vários fatores de desempenho.

Acabamento de superfície

Em primeiro lugar, a velocidade do fuso desempenha um papel crítico no acabamento superficial da peça. Uma alta velocidade do fuso leva a um acabamento superficial mais fino à medida que a ferramenta de corte se move de maneira mais suave e consistente pela superfície do material, reduzindo marcas e vieiras da ferramenta.

Por outro lado, uma velocidade baixa do fuso produz superfícies irregulares e possivelmente vibração. Geralmente, isso só é aceitável para cortes de desbaste onde o acabamento superficial não importa e são usados ​​diâmetros de ferramentas grandes.

Estas são as razões pelas quais altas velocidades do fuso são características de passes de acabamento em um ciclo de usinagem.

Otimização da vida útil da ferramenta

A velocidade do fuso determina quão agressiva é a ação de corte. Velocidades mais altas do fuso se traduzem em altas velocidades de corte, que causam atrito excessivo e geração de calor, o que eventualmente leva ao desgaste da ferramenta e à falha prematura da ferramenta.

As baixas velocidades do fuso também prejudicam a vida útil da ferramenta. Em velocidades muito baixas do fuso, a ferramenta esfrega contra a superfície da peça em vez de cortá-la. Essa ação de fricção (também conhecida como aração) cria fricção e embota a aresta de corte afiada. Esta deterioração da aresta diminui a eficiência do corte e também pode levar à falha da ferramenta.

Portanto, é importante selecionar uma velocidade do fuso que otimize a vida útil da ferramenta, minimizando o desgaste da ferramenta.

Rendimento

O rendimento, ou taxa de remoção de material, está relacionado à quantidade de material cortado por unidade de tempo. Compreensivelmente, os fabricantes desejam maximizar o rendimento, pois isso significa menos tempos de ciclo e um maior retorno do investimento.

A velocidade do fuso afeta diretamente o rendimento, pois velocidades mais altas do fuso significam taxas de remoção de material mais rápidas. A otimização da velocidade do fuso é bastante valiosa em ambientes de produção de alto volume, onde as melhorias no tempo de ciclo resultam em horas de máquina significativas.

Gerenciamento térmico

A velocidade do fuso é um fator importante no gerenciamento térmico de máquinas CNC. Velocidades mais altas do fuso causam mais atrito e geração de calor na interface ferramenta-peça. Estas altas temperaturas causam expansões térmicas na peça e na ferramenta, amolecimento térmico e deterioração da superfície da aresta de corte.

Claramente, este tipo de acúmulo de calor na zona de corte é prejudicial à ferramenta e à qualidade da peça.

Portanto, a otimização da velocidade do fuso é uma parte essencial do gerenciamento térmico eficaz, juntamente com estratégias de resfriamento e lubrificação.

Como calcular a velocidade do fuso?

Ao planejar uma operação de usinagem típica, decisões como a velocidade de corte e a seleção da ferramenta precedem o cálculo da velocidade do fuso. Conseqüentemente, uma calculadora de velocidade do fuso padrão usa a seguinte fórmula de velocidade do fuso para calcular a rotação do fuso:



Vamos fazer um cálculo simples para calcular a velocidade do fuso. Suponha que o material a ser cortado seja aço-carbono, para o qual uma velocidade de 30 m/min é apropriada. Se o maquinista optar por utilizar uma ferramenta com diâmetro de 20 mm, a velocidade de corte seria:

Selecionando a velocidade correta do fuso

A seleção da velocidade do fuso depende de vários fatores, como materiais da peça e da ferramenta, e requisitos de qualidade da peça. Esta seção discute isso em detalhes.

Propriedades dos materiais

A resposta de diferentes materiais à velocidade de corte varia significativamente com as propriedades do material. Materiais difíceis de cortar, como titânio e aço, com alta dureza e tenacidade, limitam as velocidades do fuso a valores baixos a médios para evitar desgaste da ferramenta, superaquecimento e danos à superfície.

Materiais usináveis como o alumínio, por outro lado, são compatíveis com velocidades de corte mais altas.

A dependência direta da velocidade de corte nas propriedades do material fica clara em um gráfico de velocidade do fuso, onde a recomendação de velocidade do fuso é frequentemente dada por grupos de materiais.

Propriedades da ferramenta de corte

O material e a geometria da ferramenta de corte também influenciam a seleção da velocidade do fuso. Ferramentas de corte de metal duro, capazes de suportar forças e atrito mais elevados, são uma escolha clara para operações de usinagem em alta velocidade. Outros materiais de ferramentas, como aço rápido (HSS), são adequados apenas para processos de velocidade média.

O revestimento superficial da ferramenta de corte também é importante neste contexto. Revestimentos como TiN ou TiAlN melhoram as propriedades de fricção da aresta de corte, permitindo velocidades de corte mais altas sem riscos de superaquecimento.

É importante considerar a geometria da ferramenta de corte ao definir a velocidade do fuso. Diâmetros de ferramentas pequenos requerem altas velocidades de corte para manter velocidades de corte adequadas nas arestas de corte (veja a fórmula acima).

Da mesma forma, a qualidade da calibração da ferramenta desempenha um papel na determinação das velocidades do fuso. Ferramentas com alto desvio, por exemplo, podem quebrar em altas velocidades do fuso devido a forças de corte irregulares e corte interrompido.

Operação de Usinagem

Uma máquina CNC executa vários tipos de operações CNC. Como essas operações diferem na mecânica de corte e na aplicação, a faixa ideal de velocidade do fuso também varia entre elas.

As operações de desbaste, por exemplo, priorizam a máxima remoção de material e, portanto, não utilizam altas velocidades para evitar falhas na ferramenta. O acabamento requer alta qualidade superficial, portanto, uma alta velocidade do fuso é mais adequada.

No que diz respeito aos processos de usinagem, operações básicas como faceamento ou abertura de bolsões são compatíveis com altas velocidades do fuso devido às suas geometrias simples. Operações propensas a falhas, como alargamento ou mergulho, entretanto, usam velocidades mais lentas para permitir melhor controle sobre o processo de corte.

Técnicas avançadas de velocidade do fuso

O planejamento e otimização da velocidade do fuso é um tópico amplo. Devido à ampla gama de operações e capacidades de usinagem CNC, a seleção da velocidade do fuso torna-se um tópico complexo.

Velocidades variáveis do fuso

Os maquinistas CNC lidam com formas geométricas cada vez mais complexas, com um número e tipos de materiais crescentes, utilizando tecnologias em constante evolução.

Estes desenvolvimentos significam que durante um processo de usinagem, a velocidade ideal do fuso nunca é constante. É um valor dinâmico que muda com cargas de corte, propriedades não uniformes do material e engate da ferramenta.

As modernas máquinas-ferramentas CNC e sistemas CAD/CAM permitem o uso de velocidades de fuso variáveis, onde a velocidade do fuso é ajustável dinamicamente de acordo com os requisitos de qualidade com base em feedback em tempo real.

Usinagem em alta velocidade

A usinagem de alta velocidade nas máquinas CNC modernas está empurrando a definição do que é velocidade do fuso. Usinagem de alta velocidade geralmente se refere à usinagem com velocidades de fuso na faixa de>15.000 RPM, que é caracterizada por alta eficiência, produtividade e qualidade da peça.

Uma aplicação especial da usinagem de alta velocidade é em centros de microusinagem, onde as ferramentas de corte podem ter menos de 1 mm de diâmetro e as geometrias da peça são incrivelmente pequenas. Em microescala, alta velocidade de corte é um requisito para cortar o material em vez de arar sua superfície.

Mitigação de conversas

A trepidação é um problema sério na usinagem, que danifica a peça e a ferramenta ao ponto de rejeição da peça ou quebra da ferramenta. Embora a mitigação de vibração seja um tópico à parte, um método bem conhecido para evitar vibração é o ajuste da velocidade do fuso.

As vibrações de trepidação são evitáveis diminuindo ou aumentando de forma contra-intuitiva em alguns casos a velocidade do fuso.

A velocidade do fuso é um parâmetro de usinagem fundamental que afeta métricas de qualidade como acabamento superficial, rendimento e vida útil da ferramenta. Essas considerações levam os engenheiros a otimizar a velocidade do fuso de acordo com seus materiais e operações.