Gabaritos e Dispositivos para Maquinação CNC - Guia Completo de Engenharia

Introdução aos gabaritos e dispositivos de fixação CNC

O que são gabaritos de maquinagem CNC?

Os gabaritos de maquinação CNC são ferramentas concebidas à medida que guiam a ferramenta de corte para a localização correta na peça de trabalho. Proporcionam uma forma fiável de posicionar a peça de trabalho durante as operações de maquinagem. Embora a principal função de um gabarito seja assegurar um movimento preciso da ferramenta, também pode incluir caraterísticas como casquilhos para guiar a ferramenta para uma colocação precisa do furo ou cortes de perfil. Os gabaritos são fundamentais para manter a repetibilidade e a precisão, especialmente em produções de grande volume.

O que são dispositivos de maquinagem CNC?

Os dispositivos de maquinação CNC, por outro lado, mantêm a peça de trabalho firmemente no lugar durante as operações de maquinação. Ao contrário dos gabaritos, os acessórios não guiam a ferramenta de corte, mas concentram-se em estabilizar a peça e garantir o seu alinhamento com as ferramentas de corte da máquina. As fixações fornecem uma referência consistente para cada peça, o que é essencial para produzir peças com variações mínimas.

Porque é que o porta-peças é fundamental no fabrico CNC

No fabrico CNC, a precisão do dispositivo de fixação é fundamental para obter peças repetíveis e de elevada qualidade. Sem uma gabaritos e dispositivos, as peças podem deslocar-se durante a maquinagem, conduzindo a erros, desalinhamentos e desperdícios. Os dispositivos de suporte de trabalho ajudam a mitigar estes riscos, fixando a peça de trabalho no lugar, alinhando-a com precisão com a ferramenta de corte e impedindo o movimento durante as operações. Este nível de precisão é particularmente importante quando se atingem tolerâncias apertadas ou geometrias complexas.

Diferenças entre fixações manuais, semi-automatizadas e acionadas por CNC

As fixações podem ser classificadas em três tipos: manuais, semi-automatizadas e acionadas por CNC. As fixações manuais são utilizadas com máquinas manuais e requerem que o operador posicione manualmente a peça de trabalho e efectue ajustes. As fixações semi-automatizadas ajudam o operador fornecendo alguma automatização, como a fixação pneumática ou hidráulica. As fixações acionadas por CNC estão totalmente integradas nas máquinas CNC, posicionando e fixando automaticamente a peça de trabalho para otimizar os processos de maquinação.

Porque é que o CNC requer gabaritos e acessórios especializados

Forças de corte de alta velocidade e vibrações

A maquinagem CNC envolve cortes a alta velocidade que geram forças e vibrações significativas. Os gabaritos e acessórios especializados são concebidos para absorver e resistir a estas forças, assegurando que a peça de trabalho permanece estável durante as operações. Esta estabilidade é crucial para manter a qualidade da peça e evitar distorções ou imprecisões causadas por vibrações.

Restrições de movimento multieixo (3, 4, 5 eixos)

As máquinas CNC modernas têm frequentemente capacidades multi-eixo, tais como movimentos de 3, 4 ou 5 eixos. As fixações para máquinas multi-eixo devem ser projectadas para acomodar estes movimentos complexos. A fixação deve segurar a peça de trabalho com segurança, permitindo que a ferramenta de corte se mova livremente em vários eixos. As fixações especializadas são essenciais para garantir que a peça está corretamente alinhada para cada operação de maquinação, quer se trate de uma operação simples de 3 eixos ou de uma operação complexa de 5 eixos.

Obtenção de repetibilidade e tolerâncias de ±0,001

A maquinagem CNC requer repetibilidade com tolerâncias extremamente apertadas, muitas vezes na ordem dos ±0,001″ ou melhor. Este nível de precisão é conseguido através da utilização de gabaritos e acessórios concebidos à medida, que fornecem uma referência fixa para cada peça. Sem um dispositivo de fixação preciso, seria impossível atingir níveis tão elevados de consistência em várias peças ou ciclos de produção.

Distorção da peça de trabalho, deflexão da ferramenta e efeitos térmicos

Durante a maquinagem, as forças de corte e a expansão térmica podem causar distorção na peça de trabalho ou deflexão da ferramenta, afectando a qualidade da peça. Os gabaritos e acessórios são concebidos para minimizar estes efeitos, mantendo a peça de trabalho no lugar e compensando a deflexão da ferramenta. Além disso, os dispositivos podem ser concebidos para acomodar os efeitos térmicos, incorporando materiais que absorvem o calor ou permitindo que os sistemas de arrefecimento atenuem a expansão térmica.

Tipos de gabaritos e acessórios CNC

• Gabaritos CNC
  
  • Gabaritos de perfuração para ciclos de perfuração CNC: Estes gabaritos são concebidos para guiar a broca e garantir que os furos são feitos no local exato e no ângulo correto. São indispensáveis para as operações de perfuração de grande volume.
    
  • Gabaritos de posicionamento para alinhamento robótico/CNC: Estes gabaritos ajudam a alinhar com precisão as peças de trabalho para braços robóticos ou máquinas CNC, assegurando que as peças são colocadas na posição correta para a maquinagem.
    
  • Gabaritos modulares para configurações rápidas: Os gabaritos modulares são constituídos por componentes intercambiáveis que permitem uma reconfiguração rápida. Estes gabaritos são particularmente úteis em ambientes com mudanças frequentes de peças.
    
  • Gabaritos de perfuração - Tipos, aplicações e guia de projeto de engenharia: Um tipo especializado de gabarito centrado na operações de perfuração, que oferece uma colocação e alinhamento precisos dos furos para várias aplicações CNC.

Dispositivos de fixação CNC

Dispositivos de fresagem

• Placas de base: Proporcionam uma base estável para fixar as peças de trabalho durante as operações de fresagem.
  
• Luminárias modulares: Permitem uma rápida reconfiguração e ajuste, tornando-os ideais para lojas com tamanhos de peças e operações de maquinagem variados.
  
• Fixações com ranhura em T: Possuem ranhuras onde podem ser colocados grampos e outros componentes para segurar a peça de trabalho com segurança.
  
• Luminárias montadas em viseira: Fixar peças utilizando uma morsa CNC standard, frequentemente utilizada para peças mais pequenas ou mais simples.
  

Dispositivos de torneamento

• Mandíbulas macias: Mandíbulas de forma personalizada que agarram as peças de trabalho sem as danificar, frequentemente utilizadas para operações de torneamento.
  
• Mandris: Dispositivos que seguram firmemente uma peça de trabalho enquanto roda, particularmente úteis para peças cilíndricas.
  
• Pinças de fixação: Segura as peças com uma pinça, proporcionando uma aderência segura para operações de torneamento.
  

Dispositivos de 5 eixos e de vários eixos

• Fixações de munhão: Permitem que as peças sejam rodadas e maquinadas em vários eixos, ideal para maquinagem CNC de 5 eixos.
  
• Luminárias Tombstone: Suporta várias peças de trabalho em simultâneo, melhorando a eficiência na maquinação de várias faces.
  
• Bicos autocentrantes: Estas pranchas centram automaticamente a peça, tornando-as ideais para operações de 5 eixos de alta precisão.
  
• Luminárias de ponto zero: Permitem mudanças rápidas de configuração e posicionamento preciso para máquinas CNC de alta precisão.
  

Dispositivos de vácuo (para peças finas)

Os dispositivos de fixação a vácuo utilizam a sucção para manter peças finas e planas no lugar durante a maquinagem. São ideais para materiais delicados ou flexíveis que poderiam ser danificados pelos métodos de fixação tradicionais.

Dispositivos magnéticos (para peças ferromagnéticas)

As fixações magnéticas seguram peças ferromagnéticas utilizando um campo magnético, oferecendo tempos de preparação rápidos e fixação segura sem fixação mecânica.

Dispositivos prontos para automação (células CNC robóticas)

Os dispositivos de fixação concebidos para células CNC robotizadas permitem a carga e descarga automatizada de peças. Estes dispositivos são normalmente modulares e adaptáveis a diferentes tamanhos de peças.

Componentes dos dispositivos de fixação para maquinagem CNC

Base de fixação (placa / subplaca)

A placa de base fornece uma base rígida para o dispositivo de fixação. Deve ser plana e estável para garantir a colocação e maquinação precisas da peça.

Localizadores (Princípio 3-2-1 para CNC)

Os localizadores são utilizados para posicionar a peça de trabalho na fixação, assegurando que está alinhada com a ferramenta de corte. Os Princípio 3-2-1 é frequentemente utilizado, onde três localizadores restringem a peça de trabalho no espaço, assegurando um posicionamento preciso.

Dispositivos de fixação (manual / hidráulico / pneumático)

Os dispositivos de fixação mantêm a peça de trabalho segura durante a maquinagem. Podem ser manual (por exemplo, pinças de alternância), hidráulico, ou pneumático, Cada um oferece vantagens diferentes consoante a aplicação.

Para saber mais sobre como estes dispositivos funcionam com gabaritos e acessórios, consulte a nossa Dispositivos de fixação e localização em gabaritos e acessórios - Guia completo.

Este guia ajudá-lo-á a compreender como dispositivos de fixação e de localização aumentar a precisão e a eficiência na maquinagem CNC...

Apoios e almofadas de descanso

Os elementos de suporte ajudam a manter a peça de trabalho no lugar sem distorção. As almofadas de descanso evitam a deformação de peças finas ou delicadas, distribuindo uniformemente as forças de aperto.

Buchas e elementos de guia (para gabaritos)

As buchas guiam a ferramenta de corte ao longo de um percurso predefinido, assegurando que operações como a perfuração ou a fresagem são efectuadas com precisão.

Chaves de alinhamento e módulos de ponto zero

As chaves de alinhamento asseguram que a fixação está corretamente posicionada em relação à máquina-ferramenta. Os módulos de ponto zero fornecem uma referência precisa para o posicionamento da fixação, melhorando a repetibilidade.

Colunas de fixação / Tombos para CNCs horizontais

As colunas de fixação e os túmulos são utilizados na horizontal Máquinas CNC para suportar várias peças, permitindo a maquinação simultânea e o aumento da produtividade.

Gabaritos de maquinagem CNC personalizados - Quando e porque precisa deles

Produção de alta mistura e baixo volume

Os gabaritos personalizados são ideais para produções de alta mistura e baixo volume, onde são necessárias mudanças rápidas nas configurações de fixação para lidar com uma grande variedade de peças.

Formas complexas que os tornos não conseguem suportar

Quando as peças têm geometrias irregulares ou formas complexas, os tornos e as pinças normais podem não proporcionar uma fixação adequada. Os gabaritos personalizados são concebidos para se adaptarem perfeitamente à peça, garantindo uma colocação segura durante a maquinagem.

Componentes de parede fina ou delicados

Para componentes de paredes finas ou delicadas, os gabaritos personalizados podem ser concebidos para aplicar uma pressão mínima, evitando danos e mantendo a peça segura.

Maquinação Multi-operação (3 lados, 4 lados, 6 lados)

Os gabaritos personalizados permitem a maquinagem multi-operação, fixando as peças para múltiplas operações de maquinagem. Estes gabaritos podem manter a peça de trabalho em posição para vários ângulos, garantindo consistência e precisão em todos os lados.

Requisitos para Robótica e Automação

Os gabaritos personalizados são essenciais em células CNC automatizadas e robotizadas, onde as peças devem ser carregadas e descarregadas sem a intervenção do operador. Estes gabaritos são concebidos para operações rápidas e repetíveis em sistemas automatizados.

Conceber Dispositivos e Fixações Eficazes para Maquinação CNCPasso 1 - Definir Operações de Maquinação e Percursos da Ferramenta

O primeiro passo na conceção de gabaritos e acessórios é definir as operações de maquinagem e os percursos das ferramentas. A compreensão das operações necessárias permite uma conceção precisa dos dispositivos e estratégias de fixação óptimas.

Determinar forças (de corte, de cisalhamento, de aperto)

Em seguida, os engenheiros precisam de calcular as forças que serão aplicadas durante a maquinagem. Estas incluem forças de corte, forças de corte e forças de aperto. O dispositivo de fixação deve ser concebido para suportar estas forças sem causar deformação ou desalinhamento.

Aplicar o princípio de localização 3-2-1

Utilizando o princípio 3-2-1, os engenheiros determinam o número e a colocação ideais de localizadores para restringir a peça de trabalho. Este princípio assegura que a peça de trabalho é posicionada com precisão e estável durante a maquinagem.

Selecionar a estratégia de fixação

A seleção da estratégia de fixação adequada é fundamental. As opções incluem grampos de alternância, grampos auto-ajustáveis, grampos hidráulicos e grampos de troca rápida. A escolha depende de factores como a geometria da peça, a força de fixação necessária e as necessidades de automatização.

Garantir a folga das aparas e o fluxo do líquido de refrigeração

A remoção eficaz de aparas e o fluxo de líquido de refrigeração são essenciais para manter a qualidade das peças e evitar o sobreaquecimento. Os dispositivos de fixação devem ser concebidos com canais ou aberturas para permitir uma remoção eficaz das aparas e uma distribuição do líquido de refrigeração.

Otimizar o tempo de ciclo

A conceção da fixação deve centrar-se na minimização do tempo de ciclo, assegurando uma carga e descarga rápidas das peças, uma fixação eficiente e um acesso fácil às peças.

Validação através de gémeo digital / simulação CAD

Antes de fabricar a fixação, os engenheiros podem utilizar a simulação CAD ou a tecnologia de gémeos digitais para validar o desenho. Este passo assegura que a fixação funciona como esperado e cumpre todos os requisitos de precisão e estabilidade.

Materiais utilizados para gabaritos e acessórios CNC

Alumínio (leve e de maquinagem rápida)

O alumínio é normalmente utilizado para dispositivos que requerem materiais leves e tempos de maquinação rápidos. É particularmente útil para a produção de protótipos ou para trabalhos de pequena tiragem.

Aço / Aço para ferramentas (cargas CNC pesadas)

O aço, incluindo o aço para ferramentas, é utilizado para aplicações CNC de carga elevada. O aço para ferramentas é durável, resistente ao desgaste e ideal para dispositivos que têm de suportar forças de maquinagem pesadas.

Ferro fundido (amortecimento de vibrações)

O ferro fundido é excelente para amortecer as vibrações durante a maquinagem, o que o torna ideal para dispositivos de fixação que necessitam de absorver as forças de corte sem as transferir para a peça de trabalho.

Pastilhas de aço temperado

As pastilhas de aço endurecido são frequentemente utilizadas em áreas de elevado desgaste dos dispositivos, proporcionando uma superfície durável que resiste aos danos provocados pelas ferramentas de corte.

Dispositivos de polímero/compósito (impresso em 3D, nylon com enchimento de carbono)

Os polímeros e materiais compósitos, incluindo componentes impressos em 3D, são utilizados para dispositivos de fixação e gabaritos personalizados. Estes materiais oferecem flexibilidade e rentabilidade, especialmente para peças complexas ou de baixo volume.

Técnicas de fixação CNC (Avançado)

Porta-peças de ponto zero (troca rápida)

Os sistemas de fixação de ponto zero permitem mudanças rápidas de fixações. Estes sistemas utilizam pontos de referência precisos para um alinhamento rápido, reduzindo o tempo de inatividade e melhorando a eficiência da máquina.

Sistemas modulares de fixação

Os sistemas de fixação modulares proporcionam flexibilidade, permitindo uma rápida reconfiguração dos componentes de fixação para acomodar diferentes tamanhos e formas de peças.

Sistemas de fecho de esferas

Os sistemas de bloqueio esférico utilizam pinos de bloqueio para fixar os componentes de fixação de forma rápida e precisa. Estes sistemas são ideais para produções de grande volume onde são necessárias mudanças frequentes de fixações.

Morsas auto-centrantes para 5 eixos

As pranchas auto-centrantes centram automaticamente as peças, reduzindo o tempo de preparação e assegurando um alinhamento preciso para a maquinagem CNC de 5 eixos.

Porta-peças para micro-usinagem

Para a micro-usinagem, são necessários dispositivos de fixação especializados para segurar as peças pequenas de forma segura sem as danificar. Estes dispositivos utilizam frequentemente métodos de fixação por vácuo ou magnéticos.

Paletes de automação e fixação robótica

Os sistemas de suporte de trabalho automatizados, incluindo paletes e fixações robotizadas, optimizam a produção ao permitirem a carga e descarga de peças totalmente automatizadas, aumentando a eficiência nas células CNC.

Exemplos de gabaritos e fixações para maquinagem CNC

Dispositivo de fresagem de 3 eixos para suporte de alumínio

Um dispositivo de fresagem de 3 eixos fixa um suporte de alumínio para maquinação nos três eixos. Esta fixação proporciona um posicionamento preciso e estabilidade durante a operação de fresagem.

Dispositivo de 5 eixos para impulsor aeroespacial

Um dispositivo de fixação de 5 eixos é utilizado para segurar um impulsor aeroespacial, assegurando a sua estabilidade durante a maquinagem multieixos. A fixação permite a maquinagem de geometrias complexas com elevada precisão.

Dispositivo de vácuo para placas finas

Uma fixação de vácuo é utilizada para manter placas de metal finas firmemente no lugar durante a maquinagem, evitando a deformação e garantindo cortes precisos.

Dispositivo de mandril para torneamento de peças tubulares

Uma fixação de mandril segura peças cilíndricas durante viragem para uma aderência segura, permitindo cortes precisos ao longo do comprimento do tubo.

Fixação personalizada da mandíbula macia para contornos complexos

Uma fixação de mandíbula macia personalizada foi concebida para segurar peças com contornos complexos, assegurando que as peças delicadas são seguradas com segurança sem danificar a sua superfície.

Otimização de fixações CNC para produtividade

Reduzir o tempo de configuração com designs modulares

Os designs modulares permitem uma rápida reconfiguração dos dispositivos, reduzindo o tempo de configuração entre os ciclos de produção. Isto é particularmente valioso em ambientes de produção de grande mistura e baixo volume.

Melhorar o acesso à ferramenta para maquinagem em vários lados

Os dispositivos de fixação concebidos para maquinagem multi-lateral permitem um acesso fácil a todas as áreas da peça, melhorando a eficiência e reduzindo o tempo de ciclo.

Reduzir as vibrações e a tagarelice

Os dispositivos de fixação que absorvem as vibrações e evitam a vibração ajudam a manter a vida útil da ferramenta e a qualidade da peça, particularmente em operações de maquinagem a alta velocidade.

Redução do tempo de ciclo através de fixação inteligente

Os sistemas de fixação inteligentes proporcionam uma força de fixação e um posicionamento óptimos, reduzindo o tempo de ciclo ao garantir um carregamento, fixação e descarga mais rápidos das peças.

Conceção favorável à automatização (carregamento do robô)

As fixações concebidas para carga e descarga robótica melhoram a eficiência em células CNC automatizadas, reduzindo a necessidade de intervenção manual e aumentando o rendimento.

Problemas comuns de gabaritos e dispositivos CNC (e soluções)

Deslizamento da peça de trabalho

Para evitar o deslizamento da peça, utilize uma força de aperto mais elevada ou incorpore localizadores adicionais para estabilizar a peça.

Deflexão da fixação

A deflexão da fixação pode ser minimizada utilizando materiais mais resistentes ou adicionando reforços a áreas fracas.

Fraca repetibilidade

Assegurar que os localizadores e os dispositivos de aperto são posicionados corretamente e sujeitos a manutenção regular para evitar erros de repetibilidade.

Marcas de fixação na peça de trabalho

Para evitar marcas de aperto, utilize mordentes macios ou almofadas de proteção para distribuir uniformemente a força de aperto pela peça.

Problemas de expansão térmica

A expansão térmica pode ser resolvida através da utilização de materiais que absorvam o calor ou através da conceção de dispositivos com caraterísticas de compensação térmica.

Localizadores de bloqueio de acumulação de chips

Assegurar que os dispositivos de fixação são concebidos com uma folga adequada para evitar que os detritos interfiram com os localizadores.

Manutenção e inspeção de dispositivos de fixação CNC

Limpeza de localizadores e grampos

A limpeza regular dos localizadores e dos grampos garante que estes se mantêm livres de detritos, que podem afetar a precisão e o desempenho.

Verificação do desgaste das superfícies de contacto

Inspecionar as superfícies de contacto quanto a desgaste e substituir os componentes desgastados, se necessário, para manter a precisão.

Substituição de buchas e guias

As buchas e guias devem ser inspeccionadas e substituídas regularmente para evitar o desgaste e manter a orientação correta da ferramenta.

Pontos de lubrificação

Assegurar que todas as peças móveis do dispositivo de fixação, incluindo grampos e guias, são devidamente lubrificadas para reduzir o atrito e o desgaste.

Calibração de sistemas de ponto zero

A calibração regular dos sistemas de ponto zero assegura que a fixação permanece alinhada com precisão com a máquina-ferramenta para obter resultados consistentes.

Gabaritos CNC vs. Dispositivos - Quando utilizar qual deles

Cenários de maquinagem CNC em que os gabaritos ainda são úteis

Os gabaritos continuam a ser úteis para operações como a perfuração, em que a orientação da ferramenta é necessária para uma colocação precisa do furo. Também são valiosos para produções de grande mistura e de baixo volume.

Porque é que os dispositivos de fixação dominam a fresagem e o torneamento CNC

Os jogos dominam em Fresagem CNC e torneamento porque proporcionam uma fixação estável e segura da peça de trabalho, garantindo a precisão durante operações de corte complexas.

Sistemas híbridos de gabarito e fixação

Os sistemas híbridos combinam as vantagens dos gabaritos e das fixações, oferecendo orientação da ferramenta e, ao mesmo tempo, segurando a peça de trabalho com segurança. Estes sistemas são ideais para processos de maquinação multi-operação.

Conclusão

Os gabaritos e acessórios CNC são essenciais para obter precisão, repetibilidade e eficiência na maquinagem CNC. Fixam as peças, guiam as ferramentas e reduzem os erros, assegurando resultados de alta qualidade com o mínimo de tempo de configuração e de competências do operador.

Papel no fabrico enxuto moderno e na automatização

Os gabaritos e acessórios desempenham um papel crucial na produção optimizada, reduzindo o desperdício, melhorando a eficiência e apoiando a produção automatizada. A sua adaptabilidade e precisão tornam-nos essenciais nos ambientes modernos de maquinagem CNC.

Perguntas frequentes