Comparação de processos de usinagem CNC:um guia abrangente para escolher o método correto

Um componente deve ser torneado ou fresado? A usinagem de 3 eixos é suficiente ou o projeto requer 5 eixos? Ok, uma seleção errada do processo de usinagem CNC pode resultar em atrasos dispendiosos, tolerâncias ou gastos excessivos. Nesta comparação de processos de usinagem CNC, descreveremos cada método principal juntamente com uma visão geral concisa de maneira clara e prática. 

Esperamos que isso ajude na tomada de decisões econômicas e adaptadas às especificidades do projeto. Então, vamos mergulhar!

Visão geral do processo de fabricação CNC

“Os processos de usinagem CNC referem-se a um conjunto de processos de fabricação que envolvem a remoção de material de uma peça para moldar uma determinada peça.”

Cada um desses processos é gerenciado com o auxílio de um computador, que auxilia na movimentação das ferramentas com extrema precisão. Esta é a razão pela qual CNC significa Controle Numérico Computadorizado. Ao contrário da impressão 3D, é um método de fabricação subtrativo, ou seja, é utilizado mais material do que o necessário inicialmente, e o excesso é gradualmente removido para revelar a forma desejada. 

Bem, este método é predominante, especialmente em indústrias como a de manufatura, devido à sua excepcional precisão e consistência.

Por que existem tantos tipos diferentes de processos?

Esta é uma questão que vem à mente de inúmeros profissionais de design e engenharia. A resposta é bastante direta:cada componente é diferente. Alguns podem ter buracos e curvas, enquanto outros podem precisar de acabamentos suaves ou arestas vivas. Portanto, não existe uma abordagem única que possa ser usada para todos os formatos, tamanhos e materiais. 

Para atender a todos esses requisitos, surgiram diferentes processos. Cada um deles atende a uma tarefa específica, seja corte de blocos de metal, modelagem de cilindros ou acabamento superficial.

Neste blog explicaremos os diferentes tipos de processos para que você possa ter uma melhor perspectiva deles. Primeiro, vamos dar uma olhada rápida em cada um.

Processos baseados em fresamento

Com o fresamento CNC, a peça permanece estacionária enquanto a ferramenta de corte gira e extrai o material como se estivesse descascando camadas. Essa abordagem é ideal para componentes que possuem superfícies planas, ranhuras ou bolsões. 

Esse processo é frequentemente usado para projetos e outros componentes de engenharia que exigem furos, ângulos e formas tridimensionais complexas. Bem, o fresamento CNC é um processo preciso e flexível que funciona com metais e plásticos.

Processos baseados em torneamento

O torneamento CNC funciona de maneira um pouco diferente. Neste caso, a peça pode girar enquanto a ferramenta permanece estacionária. A ferramenta realiza operações de corte ao longo da superfície da peça de trabalho. 

Portanto, é ideal para a produção de componentes circulares ou cilíndricos, como hastes, tubos e eixos. De modo geral, o torneamento é mais comum que o fresamento e é especialmente útil quando os componentes exigem simetria em relação a uma linha central e é um pouco mais rápido que o fresamento.

Processos de fabricação de furos

Existem várias opções para adicionar furos. Uma broca giratória normalmente executa a pior e mais básica perfuração CNC. Para maior precisão e melhores acabamentos superficiais, os furos também podem ser furados e fresados. 

A furação aumenta o tamanho do furo enquanto melhora sua posição, e o alargamento dá o toque final com tamanho específico e superfície super lisa. Ok, esses processos muitas vezes são realizados em combinação para aumentar a eficiência total das peças.

Outros métodos CNC

Existem outras categorias de processos de fabricação CNC que merecem atenção além das mais comuns citadas acima. 

• Retificação é o processo de acabamento ou alisamento de uma superfície com o auxílio de uma roda giratória. 
• EDM, ou Usinagem por Descarga Elétrica, é outro processo que utiliza faíscas elétricas para erodir metais duros. 

Estas técnicas são indispensáveis quando são necessários detalhes complexos ou acabamentos de alta qualidade, além da capacidade das ferramentas convencionais.

Cada método possui funções específicas para executar na usinagem CNC. Alguns métodos são mais adequados para formas planas e outros para formas redondas ou detalhes complexos. É por isso que conhecer esses diferentes tipos de processos de usinagem CNC é crucial para se preparar para um projeto. Ajuda a evitar erros, permitindo que você selecione a ferramenta certa para a tarefa.

[Comparação de núcleos] Frente a frente:comparação detalhada dos principais processos CNC

Tudo bem! Agora, aqui nesta seção, analisaremos as diferenças entre os processos de usinagem CNC, seus princípios, prós, contras, aplicações e muito mais. Fique conectado!

Fresamento CNC vs Torneamento

Roteamento CNC vs fresamento? Vamos descobrir agora! O fresamento CNC e o torneamento CNC são os dois processos principais na fabricação subtrativa dentro do CNC. Ambos os processos removem material de uma peça sólida, mas sua mecânica de movimento é diferente. O fresamento utiliza uma ferramenta giratória e uma peça fixa, e o torneamento gira a peça contra uma ferramenta fixa.

Diferença Principal

Em qual dos dois processos a ferramenta gira ou a peça? Esta é a distinção principal.

• No fresamento CNC, a ferramenta de corte é a peça que gira enquanto a peça está parada.
• No torneamento CNC, a peça gira e a ferramenta de corte fica parada.

Peças adequadas

• O fresamento é mais adequado para peças quadradas, planas ou irregulares com recursos complexos.
• O torneamento é ideal para peças cilíndricas, redondas e rotativas.

Como funciona

No fresamento CNC, uma ferramenta de corte rotativa atravessa uma peça fixa ao longo dos eixos X, Y e Z para remover material e moldar contornos complexos.

No torneamento CNC, a peça é fixada em um mandril e girada em altas velocidades de rotação. Uma ferramenta estática se move ao longo da superfície para formar os recursos cilíndricos.

Vantagens da fresagem CNC

+ Recursos avançados de precisão: Uma fresadora é uma das melhores opções quando se trata de componentes complexos e multifacetados com requisitos de alta precisão.

+ Capacidade de materiais versáteis: Capaz de trabalhar com materiais desafiadores, como aço, titânio, alumínio e até plásticos de engenharia.

+ Capacidade multifuncional: Executa uma variedade de operações, como perfuração, abertura de canais, contorno e acabamento de superfície em uma única configuração.

Desvantagens da fresagem CNC

– Ineficiência de tempo para peças redondas: Esta não é uma boa abordagem para componentes rotacionais ou cilíndricos, pois a eficiência de tempo e recursos é baixa.

– Desgaste acelerado da ferramenta: O equipamento pode sofrer desgaste mais rápido devido ao maior contato superficial quando são feitos cortes em múltiplos eixos, especialmente com metais mais duros.

– Alta preparação inicial: Ele precisa de uma programação CAM detalhada e configuração para peças avançadas.

Vantagens do torneamento CNC

+ Rápido e eficaz para componentes redondos: Eficaz para criar componentes simétricos como eixos, hastes e buchas com rapidez e precisão.

+ Custo operacional reduzido: Os centros de torneamento são mais baratos e rápidos para a produção em massa de peças cilíndricas.

Desvantagens do torneamento CNC

– Restrição de superfície cilíndrica: Não é eficaz para formas planas, angulares ou outras formas complexas.

– Ferramentas Limitadas: O ferramental, comparado ao fresamento, contém menos variedades e opções.

– Acesso limitado à ferramenta: As ferramentas de torno padrão podem não ter a capacidade de atingir determinadas geometrias.

Aplicações adequadas de fresamento CNC

• Componentes aeroespaciais: O CNC é útil para fazer suportes, montagens e componentes estruturais de alta tolerância.

• Invólucro para equipamento médico: Os componentes estruturais e de invólucro são cruciais para equipamentos médicos e precisam ser produzidos com precisão.

• Fabricação de matrizes e moldes: Eles são úteis para usinagem de cavidades, bases de moldes e pastilhas de precisão.

Aplicações adequadas de torneamento CNC

• Fabricação de peças de eixo e eixo: Cria eixos e eixos cilíndricos longos e uniformes com diâmetros consistentes.

• Tubos e peças roscadas: Mais adequado para furos roscados internos e externos e superfícies cônicas.

• Rotores e cubos automotivos: Normalmente produzido para peças como freios automotivos e cubos de rodas.

Recurso
Fresagem CNC
Torneamento CNC Tipo de movimento Ferramenta rotativa, peça fixaPeça rotativa, ferramenta fixaFormas ideais Peças planas e complexas 3DCilíndricas e simétricasConfiguração de eixos 3 a 5 eixosNormalmente 2 eixosTempo de configuração Configuração mais longaConfiguração mais rápidaVelocidade para rodadas Mais lentoMuito mais rápidoFlexibilidade de design HighLimitado a recursos redondos

Usinagem CNC de 3 eixos versus 5 eixos:do básico ao avançado

A usinagem de 3 e 5 eixos são tipos de fresamento CNC, mas diferem na rotação da ferramenta e da peça de trabalho. 

Na usinagem de 3 eixos, a ferramenta se move em 3 eixos lineares:X, Y e Z, com a peça estacionária. Na usinagem de 5 eixos, a ferramenta ou mesa também é capaz de inclinar ou girar, proporcionando 2 graus adicionais de movimento – portanto, 5 graus de movimento no total.

Princípio de funcionamento

Na usinagem de 3 eixos, a ferramenta é vertical e se move apenas na direção linear, o que só pode ser alcançado por meio de rotação. A peça de trabalho está imóvel, o que significa que há um limite de geometria que pode ser fabricada sem reposicionamento.

Já a usinagem de 5 eixos oferece acesso à peça de praticamente qualquer ângulo, pois a ferramenta ou mesa de trabalho pode inclinar e girar. Isso minimiza o número de configurações e ajuda a acessar superfícies de difícil acesso.

Vantagens da usinagem de 3 eixos

+ Menor custo de manutenção: Máquinas de 5 eixos são mais caras para configurar e manter.

+ Eficaz para peças básicas: Apresenta bom desempenho em tarefas planas, como perfuração, embolsamento ou faceamento.

+ Maior acessibilidade: Frequentemente encontrados em pequenas oficinas CNC e outras oficinas devido ao seu design simples.
imagem
Figura nº 5. Usinagem CNC de 3 eixos

Desvantagens da usinagem de 3 eixos

– Maiores imprecisões de tempo e erros: As peças precisam ser reposicionadas, aumentando as chances de tempo e erros devido a múltiplas configurações.

– Menor precisão: Maior chance de menor precisão em trabalhos complexos, devido à produção mais lenta devido ao reposicionamento manual e ao aumento das trocas de ferramentas.

– Não é eficiente para cáries profundas: Maior chance de menor precisão, pois a máquina requer ferramentas mais longas e aumenta as vibrações.

Prós da usinagem de 5 eixos

+ Número reduzido de configurações: Maior chance de menor tempo de usinagem, pois as peças são continuamente reposicionadas em vez de fixadas.

+ Melhor redução de desgaste: Ferramentas degradadas são menos suscetíveis a ângulos ideais, melhorando assim a vida útil restante das ferramentas.

+ Melhor acabamento superficial: Permite acabamentos mais suaves para superfícies contornadas.

Desvantagens da usinagem de 5 eixos

– Alto investimento inicial: Requer máquinas caras, software avançado, pessoal treinado e hardware sofisticado.

– Programação complexa: Projetistas CAM qualificados e simulações avançadas são necessários para evitar colisões e danos ao produto.

– Nem sempre necessário: Peças simples que podem ser feitas com usinagem de 3 eixos não justificam os custos e a complexidade desta configuração.

Usinagem de 3 eixos:aplicações adequadas

• Placas planas e alojamentos: Melhor para usinagem plana de placas de montagem e tampas de carcaça.

• Bases de molde: Utilizado para usinagem de desbaste de cavidades e acabamento de superfícies planas nas indústrias de ferramentas e matrizes.

• Gravação e sinalização: Frequentemente usado para gravar logotipos e formas em folhas metálicas e plásticas.

• Peças Industriais Básicas: Adequado para peças como blocos, suportes e outros componentes de fixação simples.

Usinagem de 5 Eixos:Aplicações Adequadas

• Pás de turbina aeroespacial: Mais adequado para componentes com bolsões profundos e altamente contornados.

• Implantes médicos: Utilizado em componentes complexos, como articulações do quadril, peças dentárias e ortopédicas.

• Peças de desempenho automotivo: Ajuda a obter estruturas leves e otimizadas em motores e peças de suspensão.

Recurso
Usinagem de 3 eixos
Usinagem de 5 eixos Graus de liberdade X, Y, ZX, Y, Z + A (rotação), B (inclinação)Melhor para Geometrias simples e planasComponentes complexos e com múltiplas superfíciesTempo de configuração Mais longo para peças complexasMínimo devido à usinagem de configuração únicaFacilidade de programação EasyComplex ecusto de equipamento avançado LowerHigherAcabamento de superfície BomExcelente devido aos ângulos ideais da ferramenta

Fresamento CNC vs. Roteamento

Fresamento CNC e roteamento CNC são processos que envolvem o uso de uma ferramenta rotativa para cortar e remover material. Embora os dois compartilhem uma base comum, as máquinas que os executam diferem significativamente, principalmente por causa dos materiais com os quais trabalham, da precisão necessária e do caso de uso.

Mecanismo de Operações

Uma fresadora CNC trabalha com um corpo robusto que contém uma ferramenta de corte que pode avançar em 3 ou mais direções lineares. Isto torna possível moldar materiais duros com um alto grau de precisão.

Uma fresadora CNC funciona mais rápido do que uma fresadora CNC porque usa uma máquina mais ágil. Esta máquina gira um cortador em alta rotação para cortar rapidamente materiais macios como madeira e espuma. 

Vantagens da fresagem CNC

+ Maior resistência ao choque: As fresadoras CNC usam um corpo robusto. Isso lhes permite absorver melhor os choques de vibração. Assim, as fresadoras CNC proporcionam melhor precisão e confiabilidade ao trabalhar com materiais duros.

+ Versatilidade no processamento de materiais: Capaz de processar materiais duros como metais e ligas (aço, alumínio), plásticos de engenharia, bem como plásticos de engenharia mais macios.

+ Capacidade de suportar processos robustos :processos complexos, incluindo abertura de bolsões, furação e contorno, podem ser realizados em uma única configuração.

Desvantagens da fresagem CNC

– Velocidade reduzida: Os materiais duros e a precisão a eles associada aumentam o tempo necessário para a fresagem CNC em comparação com outras tecnologias.

– Despesa aumentada: Os custos de manutenção e compra de fresadoras são maiores do que os de uma fresadora se você fizer uma comparação de processos de usinagem CNC. 

Vantagens do roteamento CNC

+ Alta velocidade de corte: O roteamento CNC é especialmente eficaz para materiais mais macios, como madeira, plástico e espuma, pois podem ser processados rapidamente.

+ Baixo custo da máquina: Os roteadores CNC são geralmente mais acessíveis, o que os torna fáceis de adquirir para oficinas e empresas novas ou pequenas.

+ Configuração leve: Mais fácil de instalar e operar para trabalhos de pequena escala, como instalações e realocações para projetos.

Desvantagens do roteamento CNC

– Menos preciso: As fresadoras CNC são menos precisas devido ao peso leve da estrutura, tornando-as inadequadas para peças complexas ou precisas.

– Mais vibração: Isto é especialmente proeminente com cortes mais profundos ou densos.

– Vida útil da ferramenta mais curta: O desgaste da ferramenta é mais pronunciado com altas velocidades do fuso e materiais duros, levando a uma vida útil mais curta da ferramenta.

Usos ideais da fresagem CNC

• Fabricação de componentes metálicos: Na produção de peças como componentes de motores, moldes ou carcaças mecânicas, é necessária precisão para sua fabricação.

• Fabricação de ferramentas e matrizes: Excelente para produzir matrizes e acessórios personalizados para configurações de fabricação.

• Peças aeroespaciais e médicas: Ótimo para componentes que necessitam de resistência rigorosa e tolerâncias precisas.

Usos ideais de roteamento CNC

• Projetos de carpintaria: Ideal para criação de móveis, letreiros de madeira, armários e painéis decorativos.

• Corte de espuma e plástico: Comumente empregado no corte de espuma de embalagens, folhas de acrílico, placas de PVC e espuma e materiais de sinalização.

• Recorte composto: Útil nas indústrias naval e automotiva para peças de fibra de vidro e fibra de carbono.

Recurso
Fresagem CNC
Roteamento CNC Rigidez da Máquina HighLowDiferença principal Feito para cortes precisos e durosConstruído para velocidade em materiais maciosMateriais adequados Metais, plásticos durosMadeira, plásticos macios, espumaVelocidade de corte Mais lentoNível de precisão Muito altoModeradoSetores de aplicação Aeroespacial, Automotivo, FerramentariaSinalização, Móveis, EmbalagemCusto e Configuração Configuração cara e complexaConfiguração acessível e mais fácil

O trio de fazer furos: Fresagem CNC vs Perfuração vs. Chato vs. Alargamento

Perfuração: A criação de um furo em um material sólido usando uma broca é chamada de perfuração. É a etapa inicial do processo de furação.

Chato:  Ok, agora vamos discutir perfuração CNC versus mandrilamento. Mandrilamento é o processo de alargar um furo utilizando uma ferramenta de corte de ponta única, o que melhora sua precisão cilíndrica.

Alargamento: Agora você estará pensando em furação CNC versus alargamento. Ok, o alargamento é a etapa final do processo. Ele suaviza e amplia um furo pré-perfurado ou perfurado para dar-lhe uma dimensão específica e uma superfície lisa.

Diferença Principal

A furação cria o furo inicial, enquanto o mandrilamento alinha e expande o furo, e o alargamento suaviza o furo até obter as medidas exatas e o acabamento superficial necessários.

Prós da Perfuração

+  É rápido e econômico

+ A perfuração é flexível para todos os materiais

+ Ideal para operações anteriores

Contras da perfuração

–  Não pode ser utilizado quando a precisão do diâmetro do furo é crítica.

– As paredes internas podem ser ásperas.

– Superfícies dobradas e curvas podem resultar na flexão das brocas.

Prós do Chato

+ Cuida de irregularidades e desalinhamentos.

+ Melhor alinhamento do furo no eixo girado.

+ Capaz de criar furos de vários tamanhos usando o mesmo corpo de ferramenta.

+ Excelente para corrigir as falhas dos furos perfurados.

Contras do Chato

– Não é possível originar um buraco do nada

– O tempo de conclusão é maior do que o de perfuração.

– Não é possível executar em configurações de alta velocidade.

–

Prós do alargamento

+ As superfícies criadas podem ser superfícies de furos internas com espelhos.

+ Controle rígido do tamanho do furo com precisão de mícrons.

+ Melhor para grandes volumes para requisitos exatos de furo.

Contras do alargamento

– Impossível operar sem furo.

– Sensível a desalinhamento.

– Restrições de ferramenta única para um diâmetro definido.

Recurso
Perfuração
Chato
Alargamento Objetivo Principal Criação de furoAmpliação e alinhamento de furoAcabamento de furoPrecisão do furo Baixo (±0,1 mm típico)Médio (±0,05 mm típico)Alto (±0,01 mm ou melhor)Acabamento de superfície ÁsperoMelhoradoSmooth para tipo de ferramenta tipo espelho Broca helicoidalBarra de mandrilar de ponto únicoAlargador multiarestasPode iniciar um furo SimNãoNãoTaxa de remoção de material AltoMédioBaixo

Como escolher o processo de usinagem CNC correto para o seu projeto

É importante compreender os requisitos precisos de fabricação da sua peça antes de escolher qualquer processo de usinagem CNC. Este fluxograma simples discutirá como escolher o processo de usinagem CNC em etapas simples.

Etapa 1. Avalie os recursos da peça

Examinar o esboço é um bom começo. Para peças que são em sua maioria cilíndricas, o torneamento CNC funcionará bem. Peças prismáticas complexas que possuem contadores ou bolsões são melhor tratadas usando fresamento CNC. Para furos cilíndricos, pode-se realizar furação, mandrilamento ou alargamento dependendo do diâmetro e do acabamento.

Etapa 2. Classificação de materiais

Materiais macios, como plástico ou madeira, são melhor gerenciados usando roteamento CNC. Em contraste, os metais duros são melhor fresados ​​ou moídos. Além disso, o desbaste é melhor para aços endurecidos e superfícies ultralisas.

Etapa 3. Ótimos recursos e opções de precisão  

Se o seu projeto inclui tolerâncias restritas com ajustes vitais, como peças aeroespaciais ou médicas, então é melhor resolvê-los com fresagem ou retificação. Para precisão geral, torneamento e fresagem também são suficientes.

Etapa 4. Analise o volume e o custo de produção

Em termos do volume global de produção, os processos de torneamento e fresamento são bastante eficientes quando executados de forma automática. As peças necessárias em cópias únicas ou protótipos podem ser produzidas rapidamente com usinagem manual ou roteamento. Isto depende do tipo de material.

Tabela de resumo de comparação rápida

Critérios
Fresagem CNC
Torneamento CNC
CNC de 5 eixos
Perfuração
Chato
Alargamento Geometria da peça Superfícies 3D planas, prismáticas e complexasRecursos cilíndricos e concêntricosPeças altamente complexas e multifacetadasFuros simplesFuros ampliadosDimensionamento final do furoAdequação do material Metais, plásticos, compósitosMetais, plásticosMetais, ligas, compósitosMetais, plásticosMetaisMetais, alguns plásticosPrecisão AltaMédia a altaUltra-altaMédiaAltaMuito altaAcabamento de superfície Suave a muito finaBoaExcelenteÁspera a boaMelhorada na perfuraçãoExcelenteAcesso à ferramenta 3 eixos (alguns limites) Eixo único Multiângulos, cortes inferiores possíveis Somente em linha reta Somente em linha reta Somente em linha retaVolume de produção Baixo a médioMédio a altoBaixo a médioAltoMédioCusto ModeradoBaixo a moderadoAltoBaixoModeradoModeradoCaso de uso típico Invólucros, suportes, superfícies complexasEixos, buchas, peças redondasPeças aeroespaciais, implantes médicosCriação de furosRefinamento do diâmetro do furoDimensão final e precisão da superfície
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5) Conclusão:Não existe o “melhor” processo, apenas a escolha mais adequada

Tudo bem! Assim, vimos que cada método de usinagem de precisão tem suas vantagens e desvantagens distintas. E a seleção só pode ser feita de acordo com o tipo de necessidade do projeto. Ok, tentamos fornecer comparações distintas de processos de usinagem CNC, consultoria profissional e uma estrutura bem definida para apoiar sua escolha. Portanto, use-o para escolher com segurança o melhor processo de usinagem para sua próxima peça. Boa sorte!