Como dimensionar um torno CNC de barramento plano para eixos longos

Dimensione um torno CNC de barramento plano considerando a configuração completa de usinagem, e não apenas o comprimento total do eixo. Uma máquina com distância nominal entre pontas suficiente ainda pode não ter espaço para o mandril, a ponta, a aproximação da ferramenta ou a posição necessária do contraponto. Comece pela peça mais longa e pesada e, em seguida, verifique a folga efetiva e o suporte necessários para cada operação.

Em eixos longos, o fator limitante costuma ser a rigidez, e não a capacidade indicada nas especificações. Um torno pode comportar fisicamente uma peça, mas ter dificuldade para controlar a deflexão, a vibração ou a conicidade nas condições de corte exigidas. Portanto, a melhor configuração é aquela que comporta o eixo e oferece suporte ao processo pretendido.

Determine o comprimento útil da configuração

A distância entre pontas é um ponto de partida útil, mas corresponde a uma medida específica entre as pontas do cabeçote e do contraponto. Ela não representa automaticamente o comprimento disponível para todos os tipos de fixação. Um eixo preso em um mandril e apoiado por uma ponta do contraponto ocupa a máquina de forma diferente de um eixo acionado entre pontas.

Para a peça mais longa, esquematize a configuração da ponta do eixo-árvore ao contraponto. Inclua o mandril ou o sistema de acionamento, o comprimento preso, qualquer parte da peça que fique projetada, o encaixe da ponta e o espaço necessário para posicionar as ferramentas. Se a operação incluir faceamento, rosqueamento ou usinagem próxima a qualquer uma das extremidades, verifique se a ferramenta e o porta-ferramenta conseguem alcançar essas áreas sem colidir com o mandril, o contraponto ou o apoio.

Compare também o comprimento de corte necessário com o curso longitudinal do carro. Um eixo pode caber entre as pontas enquanto uma característica próxima a uma extremidade fica fora do percurso útil da ferramenta. Peça ao fornecedor da máquina um desenho da configuração que mostre o mandril, o contraponto, o porta-ferramenta e a peça propostos em suas posições extremas.

Verifique o diâmetro em cada ponto de restrição, não apenas sobre o barramento

O diâmetro máximo torneável sobre o barramento indica o maior diâmetro que, teoricamente, pode girar acima dele. Isso não garante que o mesmo diâmetro passe sem interferência pelo carro, pelo carro transversal, pelo porta-ferramenta ou pela luneta. Compare o diâmetro máximo da peça com a folga em todos os pontos pelos quais ela precisa passar, incluindo ressaltos, flanges e dispositivos temporários de manuseio.

Em um eixo escalonado, o maior diâmetro pode ficar próximo ao mandril, enquanto a parte sobre o carro é menor. Isso pode tornar viável uma configuração, mas somente se a ferramenta alcançar as superfícies necessárias sem interferências. Por outro lado, um flange grande pode impedir o movimento do carro mesmo quando o diâmetro principal do eixo é modesto.

Verifique a massa da peça além do diâmetro. Um bruto longo pode impor cargas consideráveis ao mandril, aos rolamentos do eixo-árvore, ao contraponto e aos equipamentos de movimentação. Os limites de carga da máquina e dos acessórios devem ser adequados à peça em sua orientação e configuração de apoio reais, e não apenas às dimensões finais.

Planeje o apoio considerando a rigidez do eixo

À medida que o comprimento sem apoio aumenta em relação ao diâmetro, o eixo fica mais suscetível à flexão causada pelo próprio peso e pelas forças de corte. A deflexão pode resultar em conicidade, diâmetros inconsistentes, trepidação ou acabamento superficial inadequado. A remoção de material pode tornar a peça mais flexível à medida que a usinagem avança; por isso, a configuração de desbaste não é necessariamente suficiente para o acabamento.

Uma ponta do contraponto apoia a extremidade livre, mas não elimina a flexão no meio de um eixo longo e esbelto. Dependendo da geometria e do processo, pode ser necessária uma luneta intermediária. Uma luneta fixa apoia a peça em uma posição do barramento; uma luneta móvel acompanha o carro e apoia o eixo próximo à área de corte. A escolha depende da superfície a ser usinada, dos diâmetros disponíveis para apoio e da possibilidade de a luneta interferir com características da peça ou com o percurso da ferramenta.

As superfícies de apoio devem ser planejadas. Uma luneta pode exigir um munhão previamente preparado e suficientemente redondo para apoiar um bruto de fundição, um forjado ou uma peça irregular. Verifique a faixa de aperto da luneta em relação ao diâmetro do eixo em cada posição planejada e reserve espaço para ajustes e lubrificação. A luneta, o contraponto e a ferramenta de corte também devem poder ocupar simultaneamente as posições previstas.

A centralização e a força de apoio são importantes. Pressão excessiva do contraponto pode deformar uma peça esbelta ou aumentar o aquecimento; apoio insuficiente pode permitir que ela se mova. Para tolerâncias exigentes, converse com o fornecedor sobre a sequência completa, incluindo os pontos de apoio do eixo durante o desbaste e o acabamento e o método de inspeção.

Compatibilize o eixo-árvore e o mandril com o método de fixação da peça

O diâmetro do furo do eixo-árvore é importante quando a barra ou parte do eixo precisa passar por ele. Compare o diâmetro do furo e toda a passagem pelo mandril instalado, tubo de tração e quaisquer outros componentes internos com o diâmetro do material. Um furo grande no eixo-árvore, por si só, não garante uma passagem desobstruída.

Se o eixo ficar totalmente à frente do eixo-árvore e for apoiado pelo contraponto, o tamanho do furo pode ser menos decisivo. Nesse caso, merecem mais atenção a capacidade do mandril, o comprimento de aperto, o contato das castanhas, a massa admissível da peça e a carga no eixo-árvore. Um eixo pesado projetado para fora do mandril pode impor exigências muito diferentes à máquina em comparação com uma peça curta de mesmo diâmetro.

Considere a rotação e o torque do eixo-árvore em função da operação. O desbaste de um eixo de aço de grande diâmetro exige uma combinação de força e velocidade de corte diferente daquela necessária para o acabamento de um eixo esbelto. O mandril, as castanhas e qualquer material projetado também têm limites de velocidade. Dimensione o acionamento e a fixação para os cortes e as velocidades de operação previstos, em vez de selecionar a máquina apenas pela potência do motor do eixo-árvore.

Considere o material, a precisão e o volume de produção

Dois eixos de dimensões semelhantes podem exigir máquinas diferentes. Uma seção rígida, com pouco comprimento sem apoio e tolerâncias amplas, pode ser usinada com uma configuração mais simples. Um eixo esbelto com requisitos rigorosos de diâmetro, retilineidade ou acabamento superficial pode precisar de apoio adicional, passes de acabamento mais leves e controle mais rigoroso do calor e das forças de corte.

As condições do material também são importantes. Um bruto irregular pode gerar cortes interrompidos e cargas variáveis; tensões residuais podem provocar movimentação à medida que o material é removido. Ao avaliar a rigidez e a potência disponível, considere as condições reais do material em bruto e a sequência de usinagem. Uma máquina dimensionada apenas com base no eixo acabado pode ser insuficiente para o bruto.

O volume de produção altera a viabilidade econômica da configuração. Para trabalhos ocasionais, uma configuração mais demorada e taxas de corte moderadas podem ser aceitáveis. A produção repetitiva pode justificar castanhas dedicadas, ajustes práticos da luneta, remoção adequada de cavacos e uma configuração que evite reposicionamentos desnecessários. Verifique também se o comprimento do barramento e o layout do chão de fábrica permitem acesso adequado para carga, descarga e manutenção.

Os trabalhos de fabricação relacionados devem ser considerados separadamente das especificações do torno. Por exemplo, uma furadeira magnética  VD23E portátil pode ser útil para perfurar estruturas de aço adequadas nas proximidades de uma instalação de máquinas, mas não substitui os recursos do torno para apoiar ou usinar eixos.

O que enviar ao fornecedor antes de solicitar uma máquina

Uma recomendação adequada começa com um desenho da peça e um processo proposto, não com uma única medida de comprimento. Inclua os eixos mais longo e mais curto, o diâmetro máximo do material em bruto, os diâmetros finais, o material, a massa do bruto, as tolerâncias e os requisitos de acabamento superficial. Identifique quais superfícies precisam ser usinadas em uma única configuração e quais características exigem acesso próximo às extremidades.

Informe o método de fixação previsto, se o material precisa passar pelo eixo-árvore, os tamanhos dos lotes esperados e os recursos de elevação disponíveis. Peça ao fornecedor que mostre o envelope de trabalho com o mandril, o contraponto e as lunetas selecionados instalados, e que identifique as posições de apoio e o curso de corte para a peça mais exigente.

Compare as propostas considerando essa configuração completa. Um barramento mais longo ou um diâmetro máximo torneável maior oferecem pouco benefício se o carro não alcançar uma característica, se a luneta não puder prender o munhão disponível ou se o eixo-árvore e os dispositivos de fixação não puderem suportar o bruto sob a carga de corte prevista.