O torneamento CNC é um processo de fabrico muito popular no fabrico de precisão moderno. Para esclarecer, CNC é um acrónimo de Controlo Numérico Computadorizado, a utilização de máquinas controladas por computador. Na prática, o torneamento CNC envolve a utilização de uma ferramenta de corte para remover material de uma peça de trabalho em rotação para produzir peças redondas ou cilíndricas de elevada precisão e repetibilidade.
The automotive, aerospace, electronics, medical equipment, oil and gas, and industrial machinery sectors are among the most popular applications for the CNC turning process. Manufacturers prefer CNC turning for its high dimensional accuracy, speed of manufacturing, and consistency of quality in high volume production. Whether it’s a basic shaft and bushing or a more intricate threaded part, utilizing professional custom CNC turning services ensures these parts are manufactured efficiently and with high precision.
Quais são os fundamentos do torneamento CNC?
O princípio subjacente ao processo de torneamento CNC é a remoção de material através do movimento de rotação. As operações de torneamento são diferentes da fresagem porque a peça de trabalho está a rodar em vez da ferramenta de corte. A ferramenta de corte é mantida estacionária enquanto é guiada ao longo de eixos controlados para cortar o componente.
O eixo X e o eixo Z são os dois eixos principais de um torno CNC. O eixo “X” serve para controlar a profundidade de corte e o eixo “Z” serve para o movimento longitudinal ao longo da peça a cortar. Alguns tornos avançados têm eixos extra para geometrias mais complicadas e funcionalidades multitarefa adicionais.
A programação desempenha um papel importante no torneamento CNC. O software CAD e CAM ajuda os operadores a desenvolver modelos digitais e a produzir as instruções para as máquinas (código G). Estas instruções são utilizadas para definir a velocidade do fuso, a taxa de avanço, a profundidade de corte e o movimento das ferramentas na máquina.
Quais são as fases do torneamento CNC?
Seleção de materiais
The first step of a CNC turning process is to choose the right material to use for the application. Common materials are: aluminum, stainless steel, carbon steel, brass, titanium, copper and engineering plastics. The selection of materials will depend on their strength, resistance to corrosion, machinability, and thermal properties.
O alumínio é um material muito utilizado devido à sua leveza e baixo custo de maquinação. O aço inoxidável tem uma elevada resistência à corrosão e é muito durável, e o titânio tem uma elevada relação resistência/peso, o que o torna adequado para utilização nas indústrias aeroespacial e médica.
Preparação da peça de trabalho
Uma vez selecionados os materiais, a matéria-prima é cortada num comprimento adequado para a maquinagem. A peça de trabalho é fixada firmemente no mandril ou pinça do torno CNC. A chave para evitar vibrações e erros dimensionais durante a maquinagem é a fixação correta.
Outras considerações importantes são também o balanceamento e o alinhamento. Os desalinhamentos conduzem a um mau acabamento da superfície, a um desgaste excessivo da ferramenta ou a erros dimensionais.
Configuração de ferramentas
Before starting the machine, cutting tools are set into the machine turret. Many different tools can be used on various operations like facing, rough turning, finishing, threading, drilling, and grooving.
A escolha do material da ferramenta também é de grande importância. As ferramentas de metal duro são bem utilizadas porque são extremamente duras e resistentes ao desgaste. As ferramentas revestidas também aumentam a eficiência do corte, minimizando o atrito e a geração de calor.
Programação CNC
O programa CNC determina o processo de maquinagem e os parâmetros de funcionamento. O percurso da ferramenta, a velocidade do fuso, o avanço, a profundidade de corte e o líquido de refrigeração são todos decididos pelo tipo de material e pela geometria da peça pelo programador.
As simulações utilizam software para verificar o programa antes do início da produção. Isto pode ajudar a evitar colisões ou erros de maquinação e minimizar o desperdício de materiais.
Operação de maquinagem
No processo de maquinagem, o fuso é utilizado para rodar a peça de trabalho e a ferramenta de corte corta o material metálico camada após camada. As operações de desbaste removem grandes quantidades de material num curto espaço de tempo, e as operações de acabamento dão à peça a forma e o acabamento superficial corretos.
Os sistemas de refrigeração são frequentemente utilizados para reduzir o calor e lubrificar a zona de corte. Uma refrigeração correta aumenta a vida útil da ferramenta e evita qualquer distorção térmica da peça de trabalho.
Inspeção e controlo de qualidade
All machined parts are then inspected. Measurements like micrometers, calipers, coordinate measuring machine and surface roughness testers ensure that the part conforms to the design requirements.
No torneamento CNC, o controlo de qualidade desempenha um papel fundamental no fabrico, uma vez que existem muitas peças envolvidas em aplicações críticas que podem resultar em falhas do sistema.
Quais são os tipos de operações de torneamento CNC?
Viragem a direito
Straight turning is one of the simplest and most common CNC turning processes. During this operation, the tool is fed parallel to the axis of the work to remove material from the work uniformly in diameter. The typical applications for the operation are in the manufacture of cylindrical shafts, rods, pins, and spacers.
O torneamento reto pode ser efectuado como um processo de desbaste ou de acabamento. O torneamento em bruto é um método para remover rapidamente grandes quantidades de material para produzir a forma básica da peça. Utilize cortes mais finos e avanços mais lentos para obter dimensões exactas e acabamentos de superfície suaves no acabamento. O torneamento reto tem uma elevada precisão, o que é adequado para peças com elevada precisão e um diâmetro uniforme.
Operação de revestimento
O faceamento é efectuado para obter uma extremidade nivelada e lisa da peça de trabalho. A ferramenta de corte é introduzida perpendicularmente ao eixo de rotação e a peça de trabalho é rodada no mandril. A primeira maquinação é normalmente o faceamento e é utilizada para criar uma superfície de referência limpa e precisa para as operações de maquinação subsequentes.
A utilização desta operação é significativa para a produção de peças com extremidades perfeitamente planas que são utilizadas para montagem ou selagem. O faceamento de precisão cria a estabilidade dimensional e assegura o alinhamento correto dos sistemas mecânicos.
Torneamento cónico
O processo de torneamento cónico cria uma mudança gradual de diâmetro no comprimento do produto, formando um cone. É particularmente importante para os veios cónicos, suportes de ferramentas, acessórios para tubos e fusos de máquinas.
O torneamento cónico é realizado num torno CNC movendo a ferramenta num ângulo. A programação CNC é utilizada para controlar cuidadosamente o ângulo e o comprimento do cone para manter a precisão dimensional.
Para o torneamento cónico, deve haver um movimento sincronizado entre a ferramenta e o fuso. O desalinhamento pode levar a uma geometria cónica ou a um acabamento superficial deficiente. Podem ser efectuados cones de elevada precisão utilizando um sistema CNC avançado para aplicações industriais exigentes.
Torneamento de contornos
O torneamento de contorno é um método utilizado para produzir perfis curvos ou irregulares numa peça rotativa. É um tipo de torneamento que requer que a ferramenta efectue movimentos mais complexos, programados pelo CNC.
É frequentemente aplicado nos domínios das indústrias aeroespacial e automóvel, bem como no fabrico médico, onde as peças têm frequentemente de ter arestas curvas e formas complexas. São exemplos: componentes de turbinas, caixas de precisão e implantes ortopédicos.
Corte de rosca
O corte de roscas é um processo de torneamento para fazer ranhuras helicoidais numa superfície cilíndrica. As roscas podem estar no exterior, como as dos parafusos, ou no interior, como as roscas dos acessórios e das porcas.
Metric, unified, trapezoidal, pipe threads are just some of the many forms of threads that can be created with a CNC turning machine. The machine can match spindle rotation speeds to tool movement, ensuring accurate thread pitch and depth.
O controlo dos parâmetros de corte é muito importante no fabrico de roscas, uma vez que as roscas devem ter tolerâncias dimensionais apertadas. A qualidade da rosca é importante para a montagem, fugas ou falhas mecânicas.
Operação de ranhurar
Grooving is a process of making narrow channels or recesses in the surface of the workpiece. Grooves can be either outside or inside, depending on the design of the component. It is used extensively for the manufacture of retaining ring seats, O-ring grooves, snap ring grooves, and decorative features..
Durante a abertura de ranhuras, é especialmente importante prestar atenção ao controlo das aparas devido à capacidade de acumulação de aparas e de sobreaquecimento na área de corte confinada. As condições de corte estáveis são asseguradas pela aplicação adequada de líquido de refrigeração e pela otimização da velocidade de corte.
As aplicações que exigem que as vedações ou elementos de retenção se ajustem firmemente às dimensões da ranhura requerem uma ranhura de precisão.
Operação de perfuração
O mandrilamento é utilizado para alargar e aperfeiçoar furos com maior precisão do que a perfuração. Trata-se de uma operação em que uma ferramenta de corte de ponta única remove material do diâmetro interno da peça de trabalho.
Uma perfuração aumenta a precisão, a concentricidade e o acabamento superficial dos furos. É amplamente utilizado na produção de cilindros de motores, caixas de rolamentos, peças hidráulicas e peças mecânicas de alta precisão.
As barras de perfuração longas podem deformar-se sob as forças de corte, e são necessárias ferramentas estáveis e um alinhamento preciso para a perfuração interna. Uma deflexão excessiva pode resultar em furos cónicos ou demasiado grandes.
Com a precisão da perfuração CNC, é possível obter tolerâncias tão apertadas quanto necessário e adequadas para aplicações críticas de engenharia.
Operação de perfuração
Embora a principal operação dos centros de torneamento CNC seja a modelação cilíndrica, muitos deles também perfuram. A broca é introduzida na peça giratória para formar orifícios no centro.
CNC drilling processes are frequently combined with turning processes to minimize setup times and enhance production efficiency. Today, you can center drill, deep-hole drill, and multi-diameter hole machine in one setup on the modern turning center.
Durante a perfuração, em particular, o fornecimento de líquido de refrigeração é crítico, uma vez que as aparas têm de ser removidas eficientemente de furos profundos. Se tal não acontecer, a broca pode ficar danificada ou pode ter um impacto na qualidade do furo.
Equipamento de torneamento CNC
People carry out CNC turning with special machinery equipment that has the precision material removal function. Tornos CNC are the most frequent machine used, as they are machines that perform rotational cutting automatically.
Os centros de torneamento são mais sofisticados do que os tornos CNC tradicionais, o que facilita uma série de ferramentas e caraterísticas de maquinagem adicionais. Normalmente, estas máquinas também estão equipadas com trocadores automáticos de ferramentas, sistemas de ferramentas em tempo real e sub-spindles que melhoram a produtividade.
Outro tipo importante é o torno CNC de tipo suíço. Estas máquinas são utilizadas para fabricar pequenas peças de alta precisão e com elevada exatidão dimensional. São comuns na indústria de dispositivos médicos e na indústria eletrónica.
Os tornos de torneamento vertical são adequados para tornear peças de trabalho grandes e pesadas. A peça de trabalho não é rodada horizontalmente, mas sim verticalmente, o que ajuda a manter a estabilidade de peças grandes.
Parâmetros de corte no torneamento CNC
A qualidade e a produtividade do processo de torneamento são grandemente afectadas pelos parâmetros de corte. Os principais parâmetros são a velocidade do fuso, a taxa de avanço e a profundidade de corte. A velocidade do fuso determina a velocidade de rotação da peça de trabalho (medida em RPM ou pés de superfície por minuto). Velocidades de corte mais elevadas produzem geralmente um melhor acabamento superficial, mas com um aumento da produção de calor e do desgaste da ferramenta.
O avanço é a velocidade de avanço da ferramenta de corte contra a peça de trabalho. Avanços demasiado rápidos podem produzir superfícies rugosas, e avanços demasiado lentos podem diminuir a produtividade. A profundidade de corte é a quantidade de material que está a ser removido por corte. As operações de desbaste têm uma profundidade de corte maior para remover material a um ritmo mais rápido, e também uma profundidade de corte menor para precisão e suavidade durante as operações de acabamento.
Estes parâmetros devem ser corretamente controlados para garantir um desempenho eficaz da maquinagem.
Importância das ferramentas no torneamento CNC
As ferramentas de corte modernas são concebidas para serem duráveis, resistirem ao calor e terem um elevado grau de precisão no corte. As pastilhas de carboneto são normalmente utilizadas porque resistem a temperaturas elevadas e mantêm as arestas de corte afiadas. As ferramentas de cerâmica e de nitreto de boro cúbico são utilizadas para maquinar materiais endurecidos.
A geometria da ferramenta também tem influência no desempenho da maquinagem. A configuração com ângulos de inclinação corretos, raios de ponta e quebra-cavacos ajudará na evacuação de cavacos e minimizará as forças de corte.
Numa oficina de torneamento CNC automatizada, um sistema de monitorização do desgaste da ferramenta está a tornar-se uma solução mais comum. Estes sistemas podem ser utilizados para identificar ferramentas gastas logo que estas afectem a qualidade do produto.
Desafios no torneamento CNC
Embora o torneamento CNC tenha os seus méritos, há também uma série de desafios a considerar. Um dos problemas mais frequentes é o desgaste da ferramenta, particularmente quando se cortam materiais duros e se utilizam condições de corte agressivas.
The immense friction and material deformation during cutting generate severe heat, which directly impacts dimensional accuracy. For instance, when turning hard aerospace materials like Titanium (Ti-6Al-4V), localized temperatures at the cutting edge can rapidly exceed 800°C to 1000°C [1]. Such extreme thermal effects must be strictly controlled through optimized cutting parameters and advanced high-pressure coolant systems to prevent rapid tool wear and workpiece distortion.
O controlo das limalhas é também uma questão crítica. As limalhas longas ou emaranhadas podem encravar na máquina ou causar danos na peça que está a ser cortada ou na ferramenta. Por vezes, isto é resolvido com recurso a separadores de limalha especializados e sistemas de refrigeração.
A vibração ou vibração da máquina é indesejável, uma vez que degrada a superfície e a vida útil da ferramenta. Reduzir o problema da vibração aumentando a rigidez da máquina e alterando as condições de corte.
Compreender o torneamento e a maquinagem CNC
Qual é a relação entre torneamento e maquinagem CNC?
The concepts of CNC turning and machining are closely related to each other. Machining is a general term for material removal processes that can be used to produce parts of various shapes, and CNC turning is one of the main processes within broader custom CNC machining solutions used to manufacture mostly cylindrical parts.
A fresagem, a perfuração, a retificação, a maquinagem por descarga eléctrica e o torneamento são alguns dos métodos utilizados na maquinagem. Os diferentes processos têm funções diferentes, consoante a geometria e a função do componente.
Uma vez que muitos componentes industriais são simétricos em termos de rotação, a aplicação do torneamento CNC desempenha um papel fundamental na maquinação. Os processos de torneamento são utilizados para fabricar veios, pinos, acoplamentos, válvulas e casquilhos.
O CNC revolucionou o mundo da maquinação convencional. Atualmente, os sistemas CNC são utilizados para aumentar a eficiência dos processos de fabrico, minimizar o envolvimento humano e automatizar o movimento das ferramentas. Isto pode permitir aos fabricantes fabricar peças complexas de forma mais rápida e consistente.
Integração de torneamento e fresagem
Atualmente, muitos centros de torneamento CNC (Controlo Numérico Computorizado) são concebidos para realizar operações de torneamento e fresagem na mesma máquina. Estes sistemas multitarefa podem executar várias tarefas sem transferir a peça de uma máquina para outra.
O torneamento e a fresagem integrados significam que a peça de trabalho é fixada na mesma posição durante as operações de torneamento e fresagem, o que pode reduzir o tempo de preparação e melhorar a precisão dimensional. Isto também reduz os custos de fabrico e produção e aumenta a eficiência do fabrico e da produção.
Os sistemas de ferramentas activas permitem a rotação das ferramentas de corte para permitir a fresagem, perfuração e rosqueamento no centro de torneamento. Isto é particularmente útil para componentes complexos nas indústrias aeroespacial e automóvel.
Automação da maquinagem CNC
Um dos avanços mais significativos na tecnologia de torneamento e maquinagem CNC é a automatização. Os sistemas robóticos e os alimentadores automáticos de barras permitem que as máquinas funcionem sem a necessidade de monitorização e controlo humano.
Automation systems drastically enhance productivity by minimizing idle loading and unloading times. According to industry analyses, integrating robotic loading systems and automatic bar feeders can increase a CNC machine’s actual spindle utilization rate from a traditional 40%-50% to over 80% [2]. This shift not only maximizes throughput but also improves workplace safety by reducing direct operator contact with moving machine parts.
As tecnologias de fabrico inteligentes optimizam ainda mais o processo de maquinação CNC. Os sensores controlam o desempenho da máquina, o desgaste das ferramentas e os parâmetros de corte em tempo real. Estes dados permitem aos fabricantes prever as necessidades de manutenção e evitar períodos de inatividade indesejados.
Torneamento e maquinagem CNC de precisão
One of the hallmarks of CNC machining is precision. The tolerâncias of advanced turning machines can be as small as microns, which is appropriate for high-performance industries. For critical aerospace and medical applications, high-performance CNC turning can reliably achieve IT5 to IT6 tolerance grades under the ISO 286-1 standard, often holding dimensional accuracy within ±0.005 mm (5 microns) [3].
The dimensional accuracy is influenced by various factors such as machine rigidity, the quality of cutting tools, cutting parameters, and thermal stability. To ensure accuracy, consistency is essential when manufacturing by precision machining.
Um acabamento superficial de qualidade é também um fator crucial. Os acabamentos finos reduzem o atrito, tornam-no esteticamente mais agradável e aumentam o desempenho dos componentes. Condições de corte e operações de acabamento optimizadas podem resultar em acabamentos extremamente suaves no torneamento CNC.
Quais são as tendências futuras no torneamento CNC?
O futuro do torneamento CNC está intimamente ligado aos avanços da automação e do fabrico digital. As tecnologias de IA e de aprendizagem automática estão a ser cada vez mais adoptadas no domínio dos sistemas de maquinagem.
Os sistemas de manutenção preditiva detectam potenciais problemas nas máquinas antes de estes ocorrerem, interpretando os dados da máquina. Isto irá diminuir o tempo de inatividade e aumentar a fiabilidade da produção.
Estão também a ser desenvolvidos sistemas de fabrico híbridos, que combinam o fabrico aditivo com o torneamento CNC. As peças de forma quase líquida produzidas com este tipo de sistema são impressas em 3D e depois maquinadas com precisão. A sustentabilidade está a emergir como um novo foco. Para minimizar o impacto ambiental, os fabricantes tencionam utilizar líquidos de refrigeração amigos do ambiente, máquinas energeticamente eficientes e materiais recicláveis.
A tecnologia de gémeos digitais continua a revolucionar as operações de torneamento CNC. As simulações de máquinas virtuais ajudam os fabricantes a otimizar os processos de maquinagem antes de fabricarem os produtos.
Conclusão
A precisão, a eficiência e a versatilidade do torneamento CNC fazem dele uma parte essencial dos processos de fabrico modernos. Este processo ajuda os fabricantes a criar peças cilíndricas de alta qualidade para várias aplicações, incluindo automóvel, aeroespacial, médica e eletrónica.
O processo de torneamento CNC é completado por vários processos rigorosamente controlados, que incluem a seleção de materiais, a elaboração de programas, o torneamento e a verificação da qualidade. São agora possíveis várias operações numa única configuração em centros de torneamento avançados, o que leva a uma maior produtividade e precisão.
A automação, as tecnologias de fabrico inteligentes e os sistemas de ferramentas avançados estão a impulsionar ainda mais a evolução do torneamento e maquinagem CNC. Estas inovações permitem aos fabricantes produzir componentes com maior rapidez, precisão e eficiência.
Referências
[1] Ezugwu, E. O., & Wang, Z. M. (1997). Titanium alloys and their machinability—a review. Journal of Materials Processing Technology, 68(3), 262-274. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(96)00030-1
[2] International Federation of Robotics (IFR). (2023). World Robotics 2023 Report: Industrial Robots adapting to automated manufacturing. https://ifr.org/worldrobotics/
[3] International Organization for Standardization. (2010). ISO 286-1:2010 Geometrical product specifications (GPS) — ISO code system for tolerances on linear sizes — Part 1: Basis of tolerances, deviations and fits. https://www.iso.org/standard/42079.html
PT 
EN 
ES 
FR 
DE 
IT 
NL 
PL 
AR 
JA 
KO 
ZH