Que centro de usinagem escolher?

Um centro de usinagem é uma máquina-ferramenta avançada, que executa o fabrico e o acabamento de peças, principalmente metálicas, por remoção de material. É mais conhecido por centro de maquinação ou centro de maquinagem em Portugal. Este guia trata especificamente de centros de usinagem CNC, ou seja, com controle numérico computadorizado.

Centros de usinagem: ver produtos

  • Como escolher um centro de usinagem?

    Centro de usinagem de 4 eixos da COMAU

    A escolha de um centro de usinagem vai depender, essencialmente, da forma pretendida para as peças, do material de que estas são feitas e do espaço disponível para a instalação da máquina.

    Em função da complexidade da geometria das peças, vamos escolher:

    • O número de eixos: uma máquina-ferramenta pode ter entre 3 eixos lineares e 7 eixos no máximo. Os centros de usinagem de 5 eixos são os mais usados na indústria.
    • A orientação do eixo-árvore: vertical ou horizontal.

    Em função do material a usinar, irá escolher-se a potência e a velocidade de rotação do eixo.

    Por fim, o espaço disponível na fábrica ou oficina vai condicionar o tamanho possível da máquina.

  • Optar por um centro de usinagem com quantos eixos?

    Centro de usinagem de 5 eixos da Maschinenfabrik Berthold Hermle AG

    O número de eixos necessário para um centro de usinagem depende da geometria das peças a usinar. As máquinas-ferramenta de 5 eixos são as mais utilizadas na indústria, mas existem também máquinas de 3 eixos, de 4 eixos, de 6 e até mesmo de 7 eixos. Nesta secção, abordamos unicamente as máquinas de 5 eixos, por serem as mais comuns. Estas dividem-se em dois tipos:

    • máquinas de 5 eixos simultâneos
    • máquinas de 3 eixos + 2

    Numa máquina de 5 eixos, a ferramenta de corte move-se nos três eixos lineares X, Y e Z e gira nos dois eixos rotativos A e B, em simultâneo. É a chamada usinagem ou maquinação simultânea em 5 eixos. A usinagem simultânea em 5 eixos tem a vantagem de permitir usinar peças de geometrias complexas numa única operação. Ou seja, é possível usinar cinco lados de uma peça graças aos movimentos da ferramenta de corte em 5 eixos. Trata‑se de uma configuração bastante vantajosa, especialmente para a usinagem de peças complexas, mas o preço destas máquinas é elevado.

    Existe uma outra configuração, de preço mais acessível, dos equipamentos de 5 eixos: os centros de usinagem de 3 eixos + 2. Estas máquinas executam operações de usinagem em 3 eixos lineares. Os dois eixos de rotação servem para bloquear a ferramenta de corte numa determinada posição com um dado ângulo de inclinação. É uma configuração adequada para usinar peças não muito complexas, para operações de desbaste e para o fabrico de moldes.

  • Centro de usinagem vertical ou horizontal?

    Centro de usinagem horizontal da Mazak

    Podemos distinguir centros de usinagem verticais e horizontais, conforme a orientação do eixo de corte principal. Ambos os sistemas apresentam vantagens e desvantagens.

    Centro de usinagem horizontal

    • O eixo-árvore na horizontal permite realizar cortes em ângulos de pequena amplitude, nomeadamente nas laterais da peça.
    • É adequado para fresar ranhuras e para trabalhar superfícies planas.
    • Convém, igualmente, para usinar peças de grandes dimensões e de geometrias complexas.
    • Esta configuração facilita o escoamento dos cavacos.
    • A troca de ferramentas é rápida.
    • Tem uma função de troca de palete.
    • É apropriado para trabalhar peças pesadas, em particular quando é necessário usinar vários lados da peça.

    Centro de usinagem vertical

    • Possui o eixo-árvore vertical, o que significa que as ferramentas efetuam o corte na parte superior da peça.
    • Permite trabalhar peças de grandes dimensões, usinando todos os lados da peça sem intervenção de um operador.
    • Este tipo de usinagem é adequado para afiar matrizes e usinar ferramentas.
  • Que materiais podem ser usinados?

    É possível usinar diferentes materiais. É em função do material a usinar que se vai escolher a potência e a velocidade de rotação do eixo da máquina. Consulte a tabela seguinte para conhecer as características que o centro de usinagem deve ter consoante o tipo de material a trabalhar.

    Material Potência
    necessária
    Velocidade de rotação (rpm) necessária Características
    necessárias
    Alumínio Elevada Elevada Motor de acionamento de alta velocidade
    Ferro fundido Torque elevado Baixa Motor de acionamento de alto torque

    Transmissão

    Rigidez

    Amortecimento de vibrações

    Grafite / Materiais compósitos Baixo torque Elevada Motor de acionamento de alta velocidade

    Estabilidade térmica

    Sistema de retenção de poeiras

    Materiais plásticos Baixo torque Elevada Motor de acionamento de alta velocidade
    Titânio Torque elevado Baixa Motor de acionamento de alto torque

    Transmissão

    Rigidez

    Amortecimento de vibrações

    Aço Torque elevado Baixa Motor de acionamento de alto torque

    Transmissão

    Rigidez

    Amortecimento de vibrações

    Trajetória da ferramenta

    Vidro / Cerâmica / Pedra Torque elevado Muito baixa
    (para evitar microtrincas)
    Ferramenta diamantada sinterizada
    Madeira Torque intermédio Elevada Sistema de escoamento de cavacos
  • Quais os outros critérios de escolha?

     Há outros critérios e opções que é importante considerar quando decide adquirir um centro de usinagem:

    • A velocidade de rotação, cuja escolha depende do tipo de material a usinar, como referimos anteriormente. Os materiais macios requerem altas velocidades de rotação, em especial para o acabamento de peças. Os materiais mais duros devem ser usinados a velocidades mais baixas.
    • A existência de um trocador de paletes integrado, que irá contribuir para a automatização das operações de usinagem e reduzir os tempos de ciclo.
    • A função de carregamento e descarregamento automático, que torna possível realizar a usinagem sem operador.
    • O número de fusos de usinagem.
    • A opção de controle numérico computadorizado (CNC), que permite programar os movimentos que a ferramenta deve efetuar para usinar uma determinada peça.
      • O sistema de controle numérico computadorizado comanda tanto a ferramenta de usinagem como as paletes onde as peças são fixadas, o sistema de troca de peças e o sistema de armazenamento.
      • O controle numérico computadorizado permite a automatização de todas as operações.
  • Como dimensionar um centro de usinagem?

    Com base nas dimensões das peças a trabalhar, determina‑se o comprimento necessário para os cursos de usinagem, mais precisamente nos 3 eixos lineares X, Y e Z. Estes são geralmente indicados pelos fabricantes em milímetros.

  • Que inovações estão a surgir nos centros de usinagem?

    Centro de usinagem da Haas Automation

    As máquinas-ferramenta desempenham um papel muito importante na produção industrial. A transição para a indústria 4.0 e para a fábrica do futuro, mais inteligente, mais eficiente e menos poluente, obriga a repensar os processos de fabrico.

    Estão, assim, a surgir no mercado equipamentos com características inovadoras. Destacamos aqui os centros de usinagem conectados, os centros de usinagem ecológicos e os centros de usinagem híbridos.

     

    Centros de usinagem conectados

    Com o desenvolvimento da Internet das Coisas, as máquinas-ferramenta estão a tornar-se objetos conectados, como tantos outros equipamentos. Os centros de usinagem estão cada vez mais sofisticados, com sensores (de velocidade, de temperatura, etc.) que recolhem e transmitem dados regularmente. Com base nesses dados, é possível, por exemplo, prever eventuais avarias da máquina e realizar uma manutenção preventiva.

    As máquinas conectadas oferecem‑lhe diversas outras vantagens, como a possibilidade de as controlar à distância a partir de um tablet ou smartphone e de receber alertas de avarias em tempo real, permitindo proceder de imediato à sua reparação. Por conseguinte, os centros de usinagem conectados garantem maior produtividade e apresentam menos riscos de paragem.

     

    Centros de usinagem ecológicos

    A fim de tornar os processos de fabrico mais ecológicos, várias marcas desenvolveram centros de usinagem que consomem menos energia e que têm menor impacto ambiental.

    A BENZ, por exemplo, incorporou nas suas máquinas uma tecnologia de recuperação de energia para alimentar os sensores destas. A velocidade da ferramenta, as vibrações e o calor gerado pela máquina constituem fontes de energia que pode ser recuperada para fazer funcionar os sensores, evitando assim o uso de baterias, que poluem e têm de ser regularmente substituídas.

     

    Centros de usinagem híbridos

    São assim designados porque combinam o torneamento e a fresagem ou, ainda, a usinagem e a impressão 3D (manufatura aditiva) numa só máquina. A DMG MORI aparece como pioneira neste campo com o lançamento da Lasertec 65 3D, uma máquina que combina usinagem e manufatura aditiva.

    As máquinas-ferramenta híbridas contribuem para reduzir os ciclos de produção e aumentar a eficiência produtiva. Também oferecem a possibilidade de criar peças com geometrias impossíveis de realizar com outros equipamentos. E, claro, ocupam menos espaço do que se adquirir uma máquina para cada função.

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