Torneamento em degraus na usinagem CNC: operações de torneamento explicadas

A usinagem CNC é um processo de usinagem com muitas técnicas específicas, e o torneamento escalonado é uma delas. Essa operação de corte envolve a remoção de material de uma peça ao longo de seu comprimento. É uma operação de usinagem fundamental usada para criar peças de precisão com diâmetros variáveis em uma única configuração. Neste blog, vamos abordar os fundamentos da torneagem escalonada para que você possa obter uma melhor compreensão dessa técnica de usinagem.

Definição, características e aplicações do método de torneamento em degraus.

O torneamento escalonado é uma operação de usinagem que remove material em zonas axiais distintas, paralelas ao eixo de uma peça rotativa, produzindo múltiplos segmentos cilíndricos de diferentes diâmetros. Cada mudança de diâmetro forma um "ombro" que deve ser dimensionalmente preciso e visivelmente nítido, a menos que especificado de outra forma.

Durante o torneamento escalonado, a máquina estabelece um diâmetro de cada vez, deslocando a posição da ferramenta ao longo do eixo para criar uma série de segmentos. O resultado é um perfil "escalonado": superfícies cilíndricas planas separadas por transições abruptas. Em tornos CNC, as coordenadas são programadas para indexar com precisão a próxima estação, garantindo comprimentos e posições de ombro repetíveis em todas as peças.

Terminologia típica

Onde é utilizada a técnica de torneamento em degraus.

O torneamento escalonado aparece em todos os lugares nos sistemas mecânicos: Eixos e eixos de transmissão automotivos, corpos de fixadores com múltiplos diâmetros, hastes de válvulas, buchas, componentes de bombas e polias escalonadas. O objetivo do torneamento escalonado é produzir peças que atendam a requisitos de projeto específicos, com superfícies de montagem e ressaltos para um encaixe confiável, de modo que possam interagir suavemente com diferentes componentes de acoplamento, rolamentos, engrenagens, acoplamentos e espaçadores.

Máquinas, ferramentas e itens essenciais para a configuração

O torneamento escalonado pode ser realizado tanto por operação manual em torno quanto por Usinagem CNC. Os requisitos básicos são em grande parte semelhantes: fixação segura da peça, alinhamento axial, configuração rígida da ferramenta e um plano claro para a ordem dos cortes. Nesta parte, vamos nos concentrar em como o torneamento escalonado é realizado na usinagem CNC.

Fixação e centralização da peça

• Fixação de trabalhoPlacas de três garras, pinças ou mordentes macios prendem a peça. As pinças oferecem concentricidade superior em barras retificadas, enquanto os mordentes macios são ideais para diâmetros personalizados e superfícies delicadas.
• ApoiarPeças longas e esbeltas se beneficiam de um contraponto ou de um apoio fixo para evitar deflexões e vibrações durante os cortes dos ombros.
• Alinhamento axialIsso é garantido principalmente pela precisão inerente da máquina CNC, do fuso e do dispositivo de fixação (mandril ou pinça). Para requisitos de altíssima precisão, a indicação do diâmetro externo (DE) ou o uso de um registro retificado podem ser realizados durante a configuração para verificar e ajustar o alinhamento.

Ferramentas de corte, insertos e geometria

• Tipo de ferramentaPara a maior parte do torneamento em degraus, utiliza-se uma pastilha indexável ou uma ferramenta de torneamento de ponto único. Prefere-se uma ponta de ferramenta robusta, capaz de suportar cargas interrompidas na entrada do ombro. Uma ferramenta de corte pode ser usada para alívios ou ranhuras específicas.
• GeometriaUm ângulo de ataque positivo com folga adequada reduz o atrito: um raio de ponta pequeno na ferramenta ajuda a obter um canto de ombro mais nítido. No entanto, um raio maior melhora a vida útil da ferramenta e acabamento de superfície mas criará um pequeno filé no ombro.
• Ferramentas especializadasFerramentas de ranhuramento ou perfilamento podem ser usadas para limpar ressaltos ou gerar alívios e chanfros de forma eficiente.

Velocidades, avanços, refrigerante e medição

• Velocidades/avançosAjuste a ferramenta ao material e às características do equipamento. Ligas mais duras exigem velocidades de corte mais conservadoras e insertos mais resistentes. Por exemplo, o alumínio, por ser um metal relativamente macio, permite velocidades mais altas e avanços generosos. Comece seguindo as recomendações do fabricante e ajuste com base na formação de cavacos e no desgaste da ferramenta.
• RefrigeranteÚtil para evacuação de cavacos e controle de temperatura, especialmente em aços e aços inoxidáveis. Em materiais de usinagem livre, o corte a seco ou com névoa pode ser adequado quando os cavacos se quebram bem.
• MediçãoApós o processo CNC, um paquímetro é frequentemente usado para medir alterações de diâmetro e comprimentos de etapas durante a configuração e inspeção.

Como funciona o processo de torneamento por etapas

A usinagem escalonada produz características cilíndricas precisas de diferentes diâmetros em uma única peça. Para obter sucesso nesse processo, concentre-se em três princípios fundamentais: planejamento meticuloso, manutenção da rigidez durante o desbaste e execução de passes de acabamento cuidadosos e controlados.

Planejamento a partir do desenho

Em tornos CNC, o planejamento é feito no programa, onde se definem as coordenadas da trajetória da ferramenta e incluem-se movimentos de verificação para garantir que cada etapa seja cortada com precisão. Uma tática fundamental para aumentar a eficiência é sequenciar as operações para concluir o máximo possível de recursos com uma ferramenta antes de trocá-la, o que minimiza as trocas de ferramenta e reduz o erro cumulativo.

Corte bruto e sequenciamento para rigidez

O objetivo do desbaste é remover material de forma eficiente sem comprometer a estabilidade. Trabalhe sempre da condição mais rígida para a menos rígida. Uma estratégia comum e eficaz é desbastar primeiro os diâmetros maiores. Deixe uma pequena sobremedida uniforme para o acabamento em cada etapa.

A rigidez é um fator de influência muito crítico. Mantenha a projeção da ferramenta e da peça no mínimo absoluto. Para eixos finos, utilize um contraponto ou um carro transversal para compensar a deflexão e suprimir a vibração. Para o controle de cavacos, selecione uma taxa de avanço e uma profundidade de corte adequadas para favorecer a quebra dos cavacos.

Acabamento de ombros, chanfros e transições

Os passes de acabamento exigem um toque mais leve e maior controle na superfície da peça. Faça cortes leves e consistentes para atingir a dimensão final e o acabamento superficial desejado. Ao se aproximar de um ressalto, mantenha um avanço estável e contínuo para evitar marcas de parada.

Para um ombro quadrado de alta qualidade, vire o ombro levemente para a frente. depois tornear o diâmetro adjacente. Se o desenho permitir, adicionar um pequeno chanfro ou rebaixo no degrau facilita a montagem e protege as bordas contra danos. Tenha em mente uma estratégia de rebarbação: quebre todas as arestas vivas nos cantos que não são de referência. Se uma aresta viva for funcionalmente necessária, ela deve ser mascarada durante o processo de rebarbação e cuidadosamente verificada posteriormente, possivelmente com ampliação.

Rebarbação e Inspeção

No processo CNC, a rebarbação geralmente envolve a remoção de rebarbas das bordas e ressaltos usando ferramentas de rebarbação específicas. Por fim, realize uma inspeção minuciosa para medir todos os diâmetros e garantir a precisão.

Tolerâncias, acabamento superficial e controle de qualidade

O torneamento de precisão em degraus equilibra o controle do diâmetro, a geometria do ombro e o acabamento da superfície.

Controle Dimensional e Esquadro

• Tolerâncias: Muitos eixos escalonados exigem tolerâncias de ±0,001 polegadas no diâmetro ou menores. Os comprimentos dos degraus podem ser mantidos em faixas semelhantes, dependendo da função. Os ombros geralmente têm como referência um datum e podem incluir limites de perpendicularidade ou de excentricidade.
• Esquadro: Verifique as faces dos ombros em relação ao eixo de referência com uma varredura do indicador ou montando os componentes de acoplamento durante as verificações da primeira peça. Qualquer conicidade ou deflexão da ferramenta aparecerá como ombros fora de esquadro.

Rugosidade da superfície e quebras de borda

• Objetivos de acabamento: As áreas de contato funcionais para rolamentos e vedações geralmente exigem acabamentos mais suaves do que as superfícies não críticas. Alcance a rugosidade Ra desejada por meio de um raio de ponta apropriado, passes de acabamento e, se necessário, polimento leve, garantindo que não haja variação dimensional.
• Quebras de arestas: A menos que seja especificado um canto vivo, um chanfro controlado ou um raio pequeno protege as arestas, facilita a montagem e reduz o risco de formação de rebarbas durante o uso.

Defeitos e soluções em operações de torneamento

Na torneagem por etapas, pequenos problemas de ajuste tornam-se rapidamente evidentes como erros de tamanho, vibração ou defeitos nos ombros. Um guia conciso é essencial para a resolução desses problemas.

Degraus de tamanho grande/pequeno

As principais causas de erros dimensionais incluem compensações incorretas da ferramenta, expansão térmica, força de medição inconsistente ou cortes de mola que não removem material. Para corrigir isso, retoque as ferramentas, permita que a peça e a ferramenta atinjam o equilíbrio térmico e use uma técnica micrométrica consistente. Sempre deixe uma sobremedida de acabamento previsível e verifique a carga real de cavacos para evitar cortes improdutivos no ar.“

Vibração, conicidade e desgaste da ferramenta

A vibração é resolvida reduzindo a projeção da ferramenta e da peça, adicionando suporte com uma contraponta ou luneta fixa e aumentando ligeiramente o avanço ou reduzindo a velocidade para sair da zona de ressonância. A troca para uma pastilha mais afiada com ângulo de ataque positivo também ajuda. O cone requer a verificação do alinhamento da contraponta, a verificação da excentricidade do eixo-árvore ou da placa e a garantia de que a ferramenta esteja posicionada exatamente na altura do centro. Em máquinas CNC, confirme os valores de compensação e os offsets térmicos. O desgaste da ferramenta é crítico, pois perfis escalonados danificam ferramentas cegas na entrada do ombro. É importante monitorar a vida útil da ferramenta, substituir as pastilhas prontamente e inspecionar a aresta de corte em busca de microlascas que arredondam os ombros.

Rebarbas e acabamento ruim nos ombros

Esses defeitos são geralmente causados por ferramentas cegas, raio de ponta excessivo para a característica ou atrito devido a um avanço muito leve próximo ao ombro. As soluções são usar um raio de ponta menor para ombros vivos, manter um avanço de acabamento constante no ombro e realizar um corte de limpeza leve na face.

Segurança e Controle de Chips

Mantenha sempre as proteções no lugar, use proteção ocular e utilize um gancho ou escova para remoção de cavacos — nunca as mãos — para a remoção dos cavacos. Cortes nos ombros da máquina podem lançar cavacos quentes e curvados em direção ao operador, portanto, aplique fluido de corte ou ajuste a geometria do quebra-cavacos para controlar o fluxo. Sempre faça uma pausa para remover os cavacos antes de realizar medições próximas aos ombros da máquina.

Como o torneamento por etapas se compara a operações relacionadas

A operação de torneamento em etapas é frequentemente discutida juntamente com algumas operações adjacentes. Compreender as distinções evita erros de modelagem ou programação.

Torneamento reto, ranhuramento e faceamento

• Curva retaIsso se refere à criação de um diâmetro único e consistente ao longo do comprimento de uma peça. O torneamento escalonado pode ser entendido como múltiplas instâncias de torneamento reto realizadas em diferentes posições axiais para criar diâmetros escalonados.
• SulcosProduz reentrâncias ou relevos estreitos, e não grandes variações de diâmetro. Sulcos podem acompanhar o torneamento em degraus para criar relevos nas bases dos ombros ou para anéis de retenção.
• Enfrentando: Esquadreja a extremidade da peça ou a face do ombro. Complementa o torneamento em degraus para finalizar o comprimento dos degraus e o acabamento do ombro.

Torneamento cônico e torneamento de forma

• Torneamento cônico: Cria uma transição gradual e cônica em vez de um ressalto abrupto. Use torneamentos cônicos para ajustes com interferência ou recursos de alinhamento onde uma mudança abrupta seria muito brusca.
• Torneamento de forma: Utiliza ferramentas especiais ou perfis CNC para gerar contornos complexos. Pode incluir degraus dentro de uma forma mais complexa, mas a intenção é a geometria não linear em vez de superfícies planas discretas.

Considerações sobre CNC versus Manual

• Tornos CNC: Oferecem repetibilidade, fácil sequenciamento de múltiplas etapas, ciclos predefinidos e posicionamento preciso do ombro em diferentes lotes. Perfeitos para eixos de múltiplos diâmetros com tolerâncias rigorosas e requisitos de documentação.
• Tornos manuais: Ideais para protótipos ou baixos volumes de produção, quando um operador experiente pode marcar transições, ajustar batentes e realizar medições frequentes. O sucesso depende de marcações cuidadosas, técnica consistente e verificações rigorosas durante o processo.

Conclusão

O torneamento escalonado é uma técnica de usinagem fundamental usada para criar peças com múltiplos diâmetros e ombros precisos em uma única configuração eficiente. Sua principal vantagem é garantir dimensões precisas e relações entre as características, o que é essencial para peças que devem se encaixar corretamente com outros componentes.

Dominar esse processo exige compreender todo o fluxo de trabalho de usinagem, do planejamento à verificação. Como uma habilidade versátil e essencial, a proficiência em torneamento escalonado forma a base para tarefas de usinagem mais complexas e é crucial para a fabricação de peças escalonadas encontradas na maioria das montagens mecânicas.

perguntas frequentes