Avanços e velocidades na fresagem de roscas: Calcular o percurso da fresa

Os avanços e velocidades de fresagem de roscas não estão definidos quando uma calculadora apresenta as RPM e o avanço linear. Esses valores descrevem o corte no diâmetro ativo da ferramenta. O CNC, no entanto, comanda o centro da fresa ao longo de uma trajetória helicoidal. Numa rosca interna, essa trajetória central é menor do que o diâmetro no qual a aresta de corte atua. Numa rosca externa, é maior. Se o sistema CAM esperar um avanço com correção de trajetória e receber um avanço de aresta não corrigido — ou corrigir um valor que já estava corrigido —, a carga de limalha deixa de corresponder ao que o programador pretendia.

Uma configuração adequada envolve, portanto, dois cálculos e uma verificação. Em primeiro lugar, calcule a velocidade do fuso e o avanço da aresta de corte com base nos dados específicos da fresa e do material a trabalhar. Em seguida, converta esse avanço para a trajetória do centro da fresa, quando o sistema de programação assim o exigir. Por fim, verifique o movimento gerado e teste uma rosca antes de dar luz verde à produção.

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Definir a geometria antes de efetuar o cálculo

Comece pela rosca, não pela calculadora. Registe o tipo de rosca e o tamanho nominal, o passo ou o número de roscas por polegada, a classe de tolerância, a localização interna ou externa, o sentido de rosca (direita ou esquerda), o número de espiras, a profundidade útil da rosca, o espaço de alívio e o método de inspeção. Defina o furo prévio ou o diâmetro exterior e confirme se a ferramenta consegue entrar, cortar até à profundidade pretendida e sair sem colidir com um ressalto.

Em seguida, identifique a fresa pelo fabricante e pelo número exato do artigo. Registe o seu diâmetro de corte, o número de dentes efetivos, o comprimento de corte, o diâmetro mínimo do furo (se aplicável), o design de perfil único ou de formas múltiplas, a haste e o porta-fresas. Não substitua o diâmetro nominal da rosca pelo diâmetro da fresa. Não presuma que duas ferramentas que realizam a mesma rosca utilizam a mesma velocidade superficial, carga de cavaco ou estratégia de passagem radial.

O coleção de fresas roscadas de carboneto pode ajudar a identificar famílias de ferramentas candidatas. Os dados do desenho e da aplicação do modelo selecionado continuam a determinar o programa; a ligação à coleção não significa que todas as famílias listadas sejam adequadas para todos os materiais, profundidades ou formas de rosca.

Preencha o conjunto de condições antes de selecionar os dados de corte: material e dureza da peça, tratamento térmico, incrustação ou interrupção, método de arrefecimento, tipo de porta-ferramentas, excentricidade medida, saliência, gama do fuso, capacidade de avanço, limites de aceleração e rigidez do dispositivo de fixação. Registe também o significado de cada campo do CAM. Alguns sistemas solicitam o avanço na aresta da fresa e calculam o avanço na linha central. Outros esperam diretamente o valor da linha central. Esse único pormenor da interface determina se uma correção de arco separada deve ser incluída no cálculo.

A relação entre o tamanho da ferramenta e o da rosca merece uma atenção especial. À medida que a fresa ocupa uma parte maior do diâmetro interno da rosca, a diferença entre a circunferência do percurso da aresta e a circunferência do percurso central torna-se proporcionalmente maior. A correção pode, portanto, ser muito mais importante num furo pequeno com uma fresa relativamente grande do que num furo grande com uma fresa pequena. Uma fresa que se encaixe fisicamente no furo prévio pode ainda assim deixar pouco espaço para um arco de entrada suave ou para a evacuação de aparas. Verifique essas restrições antes de otimizar o tempo de ciclo.

A profundidade da rosca também altera o panorama mecânico. Um stickout mais longo aumenta o acesso, mas reduz a rigidez; uma rosca cega profunda também limita a saída de aparas e a folga de saída. Trata-se de restrições de seleção e configuração, e não de parâmetros que uma equação de avanço possa corrigir. Se a ferramenta escolhida não conseguir satisfazer simultaneamente os requisitos de alcance e rigidez, volte à seleção da ferramenta, em vez de compensar com um ajuste arbitrário do avanço.

Calcular as RPM do fuso a partir da fresa utilizada

Utilize a velocidade de corte indicada pelo fabricante específico da ferramenta, em condições que correspondam à fresa, ao revestimento, ao material a trabalhar e à operação. Um valor apresentado num fórum ou um valor referente a uma família de ferramentas diferente pode ser um ponto a analisar, mas não constitui um parâmetro de produção.

Para unidades em polegadas:

A aproximação da loja comum n = (SFM × 3,82) / D_em expressa a mesma relação. Para unidades métricas:

Aqui D é o diâmetro real de corte indicado nos dados do fornecedor, e não o diâmetro da rosca nem o diâmetro da trajetória do centro da fresa. Vc é expressa em metros por minuto; SFM é a velocidade em pés por minuto.

Compare o resultado com o intervalo de rotação útil do fuso da máquina sob carga. Se a velocidade calculada exceder o limite, utilize as RPM alcançáveis e recalcule o avanço a partir dessa velocidade real. Manter o avanço linear anterior enquanto se reduz as RPM aumenta a carga de cavacos. Aumentar as RPM sem ajustar o avanço diminui-a. Estes dois parâmetros estão interligados.

Converter o avanço por dente em avanço de corte

Quando a fonte indicar o avanço por dente, calcule o avanço linear no diâmetro de corte ativo:

z é o número de dentes de corte efetivos e fz é o avanço por dente. O resultado é expresso em polegadas por minuto quando fz é em polegadas por dente, ou em milímetros por minuto quando fz é de milímetros por dente.

Verifique o que é considerado um dente efetivo para a fresa selecionada. Uma fresa de rosca com múltiplas formas pode apresentar vários perfis de rosca ao longo do seu comprimento, mas esses perfis não correspondem automaticamente ao número de ranhuras na equação de avanço. Utilize a definição do fabricante. Da mesma forma, se a fonte já indicar um avanço linear para uma determinada rotação por minuto (RPM), não o multiplique novamente pela RPM ou pelo número de ranhuras.

Este resultado corresponde ao avanço de corte pretendido. Mantém a carga de cavacos selecionada na circunferência da ferramenta durante o corte em linha reta. A interpolação circular introduz um segundo raio, pelo que o comando CNC poderá necessitar de mais um passo.

Traduzir o avanço de ponta para a trajetória do centro da fresa

O avanço linear é a distância por unidade de tempo, mas é necessário especificar a convenção de distância utilizada. Se o CAM ou o sistema de controlo definir o avanço a partir da componente planar do arco XY, a aresta de corte ativa e o centro da fresa completam as suas respetivas circunferências no mesmo tempo. Os seus avanços planares estão relacionados pela relação entre o percurso e o diâmetro:

Esta é a questão central da interpolação circular: um avanço angular idêntico não significa uma distância linear idêntica em dois raios.

Essa relação de diâmetros não é uma fórmula universal para o avanço helicoidal tridimensional. Se for programada F representa a distância resultante ao longo de toda a hélice; o passo axial por órbita também contribui para o comprimento do percurso. Com o avanço axial L por órbita, a razão de comprimento correspondente é:

Símbolos: F_c,XY e F_e,XY são avanços planos no percurso central e avanços de corte; F_c,h e F_e,h são os avanços correspondentes ao percurso helicoidal resultante; D_c e D_e são os diâmetros das suas trajetórias; e L é o avanço axial por cada órbita completa do percurso da ferramenta.

Utilize a relação planar apenas quando a documentação CAM/de controlo definir o avanço a partir de um movimento circular planar. Utilize a relação de comprimento helicoidal apenas quando esta definir o avanço ao longo da trajetória 3D resultante. Muitos sistemas tratam isto internamente, pelo que o campo introduzido, a trajetória central gerada e o modo de avanço definido devem ser verificados em conjunto.

No caso de uma rosca interna, a trajetória central situa-se no interior da trajetória da aresta de corte ativa. O seu diâmetro é menor, pelo que o avanço na linha central é normalmente inferior ao avanço na aresta quando o controlo comanda o centro da fresa. No caso de uma rosca externa, o centro desloca-se ao longo de um círculo maior do que a aresta de corte ativa voltada para o interior, pelo que o avanço na linha central necessário é normalmente superior.

Essa verificação da direção é útil, mas não é suficiente para programar de memória. O diâmetro utilizado para D_edge_path Depende da forma como o fabricante da ferramenta e o CAM definem o percurso ativo de roscagem — diâmetro maior, menor, passo ou outro diâmetro efetivo. A compensação da fresa, o contorno programado e a interpretação do controlo podem transferir a responsabilidade entre o CAM e a máquina. Consulte a documentação da ferramenta selecionada e verifique o percurso central gerado.

A pergunta mais segura não é “Que fórmula de correção devo usar sempre?”, mas sim “Que trajetória física descreve esta alimentação e que trajetória descreve este comando de software?”. Anote ambas as respostas ao lado do cálculo. Depois, aplique a razão uma vez.

Calculadora de RPM e avanço planar para fresagem de roscas

Introduza os dados de corte para a fresa e o material específicos e, em seguida, introduza o diâmetro do percurso da aresta de corte ativa e o diâmetro do percurso do centro da fresa. O último resultado é apenas uma verificação da relação do percurso no plano. Utilize-o apenas quando o CAM ou o sistema de controlo prever um avanço pela linha central e ainda não tiver aplicado a correção.

Manter o passo separado do avanço do fuso

O passo da rosca controla o deslocamento axial ao longo da hélice. No caso de uma rosca de passagem única, uma órbita de 360 graus da fresa em torno da peça faz avançar um passo ao longo do eixo da rosca. Essa órbita corresponde a uma revolução da trajetória da ferramenta, e não a uma revolução do fuso. O fuso pode rodar milhares de vezes enquanto o centro da fresa completa uma órbita.

No caso de uma rosca com múltiplas voltas, o passo axial e o passo da rosca não são intercambiáveis: o passo axial é o avanço axial ao longo de uma revolução da rosca e é igual ao passo multiplicado pelo número de voltas. O ciclo CAM deve representar o número pretendido de voltas e a direção da rosca. Nunca “corrija” um erro no passo axial alterando o avanço por dente.

O passo também afeta a distância tridimensional real percorrida pelo centro ao longo de uma hélice. Muitos sistemas CAM calculam automaticamente o percurso helicoidal e o seu comportamento de avanço. O programador continua a ter de confirmar o ponto final axial após uma órbita, o número total de órbitas, a profundidade inicial, a profundidade final e se os movimentos de entrada e saída permanecem afastados da peça.

Efetuar um cálculo simbólico de rosca interna

Suponha que os dados exatos da ferramenta indiquem a velocidade de corte Vc, avanço por dente fz, diâmetro da lâmina Dc e número efetivo de flautas z para uma condição de material definida. O modelo de rosca interna fornece o diâmetro ativo do percurso da aresta de corte De, e o percurso de fresagem CAM gera o diâmetro do centro da fresa Dp.

1. Calcular n = (1000 × V_c) / (π × D_c) em unidades métricas.
2. Aplique o limite máximo do fuso da máquina, se necessário.
3. Calcular a alimentação de ponta F_e = n × z × f_z.
4. Se o CAM previr um avanço plano no trajeto central, calcule F_p = F_e × (D_p / D_e). Se se previr um avanço com trajetória helicoidal, utilize a relação entre o comprimento da hélice e o avanço axial L em vez disso.
5. Entrar Fp uma vez. Se o CAM esperar uma alimentação pela borda e aplicar ele próprio a relação, introduza Fe e não o corrija antecipadamente.
6. Verifique se uma órbita de 360 graus avança o passo especificado para uma rosca de uma só volta.

Porque Dp é menor do que De no que diz respeito ao caso interno, Fp deve ser menor do que Fe. Se o resultado for no sentido oposto, interrompa o processo e verifique as definições de diâmetro. Este exemplo simbólico não inclui, deliberadamente, qualquer SFM, carga de cavaco ou diâmetro recomendados. Esses parâmetros devem poder ser associados à ferramenta e às condições selecionadas.

Verifique os dados de saída do CAM antes de a máquina entrar em funcionamento

Não considere uma imagem de simulação sem erros como prova de que o significado do parâmetro está correto. Abra a definição da operação e o movimento registado e responda às seguintes verificações:

1. O campo de avanço solicita um avanço pela borda, um avanço pela linha central ou a introdução da carga de cavacos?
2. A otimização da alimentação do arco está ativada e atua nos arcos internos, nos arcos externos ou em ambos?
3. Qual é o diâmetro do caminho central que o backplot indica quando está totalmente encaixado?
4. Será que uma órbita avança o passo ou o avanço corretos na direção axial pretendida?
5. A direção de fresagem é intencional para o percurso interno ou externo escolhido?
6. Os arcos de entrada e saída permitem que o navio entre na água de forma gradual, sem bater na parede oposta?
7. A rosca é cortada numa única passagem radial ou em várias, e isso corresponde à orientação da ferramenta selecionada?
8. A saída do post indicou o eixo, o modo de avanço, o plano, a direção do arco e o ponto final esperados?
9. Os limites de RPM, avanço, aceleração e interpolação da máquina são respeitados?

Um erro no modo de avanço pode passar despercebido numa simulação visual. Verifique se o programa está a utilizar unidades por minuto, tempo inverso ou outro modo específico do sistema de controlo. Se a compensação da fresa ou um desvio devido ao desgaste estiverem ativos, verifique o sinal e a convenção de ajuste nessa máquina antes do corte de teste.

Compare a visualização do CAM com uma estimativa simples e independente. O diâmetro central previsto deve corresponder ao backplot, o avanço corrigido deve deslocar-se na direção interna/externa esperada e o ponto final axial deve ser igual ao passo ou à inclinação necessária após uma órbita completa. Não se trata de um segundo sistema CAM; é uma verificação da razoabilidade dimensional que permite detetar um diâmetro de ferramenta incorreto, uma compensação duplicada ou uma incompatibilidade de unidades antes de se iniciar o corte do metal.

Experimente um fio e ajuste o tamanho com cuidado

A simulação e a verificação de colisões têm prioridade. Na máquina, verifique a identificação da ferramenta, o desvio medido, o encaixe do porta-ferramentas, o desvio da peça, o furo preliminar, a folga, o líquido de arrefecimento e a versão do programa carregado. Siga a política aprovada pela oficina relativamente a simulações ou execução de um único bloco; não improvise em relação aos bloqueios de segurança.

Faça uma peça de teste num material representativo. Registe a velocidade real do fuso e o ajuste de avanço, e, em seguida, inspecione a rosca com o calibrador ou método de medição especificado. Verifique a dimensão em mais do que uma profundidade quando a rosca for suficientemente longa para que o afunilamento seja relevante. Examine o acabamento, as rebarbas, a tendência de carga, as limalhas, o ruído e a aresta da fresa.

Se a rosca apresentar uma tensão ou folga constante, apesar de a forma, o acabamento e o estado da ferramenta se manterem estáveis, altere o raio de corte designado, o desgaste ou o desvio da trajetória da ferramenta, de acordo com a convenção do CAM/controlo. Efetue um ajuste medido, volte a cortar ou corte a próxima característica de verificação e registe a resposta. Não altere o avanço apenas para alterar o tamanho da rosca. O avanço é uma variável da carga de corte; o raio da trajetória é a variável direta do tamanho.

Quando as dimensões variam em função da profundidade, analise o desvio axial, a deflexão, o estado do porta-ferramentas, a saliência da ferramenta, o alinhamento do furo preliminar e a estratégia de passagem radial antes de aplicar um desvio global. Um único desvio pode ocultar uma das extremidades de uma rosca cónica, ao mesmo tempo que agrava o problema na outra.

Diagnostique um resultado negativo com base em evidências, e não no instinto

Esta ordem é importante. Um percurso central incorreto não pode ser corrigido de forma fiável reduzindo a velocidade do fuso. Um desvio excessivo não pode ser normalizado calculando a média do tamanho da rosca medido. Altere a variável que explica diretamente a observação e preveja qual deverá ser o resultado da próxima medição.

Lançar um processo de fresagem com rosca rastreável

Uma configuração validada deve preservar a especificação da rosca e o método de inspeção; o fabricante da ferramenta, o número de referência, o diâmetro e a definição das ranhuras; a fonte e a revisão dos dados de corte; o material e as condições da peça; os cálculos de RPM e avanço da aresta; os diâmetros do percurso central e a responsabilidade pela correção; operação CAM e revisão do pós-processador; opções de entrada, saída, passagem e líquido de arrefecimento; comandos reais da máquina; desvios ativos; resultados do corte de prova; e a janela de ajuste aceite.

Esse registo transforma uma rosca bem-sucedida, resultante de um programa aleatório, num processo repetível. Além disso, agiliza a próxima investigação: o programador pode verificar se uma alteração na ferramenta, no material, no diâmetro do percurso, na opção de software ou no limite da máquina invalidou os avanços e velocidades originais da fresagem da rosca.