As ferramentas de usinagem CNC são categorizadas principalmente em três dimensões principais: método de usinagem, material da ferramenta e projeto estrutural. Cada categoria apresenta vantagens, limitações e aplicações específicas distintas, conforme detalhado abaixo:
Classificação por método de usinagem
O método de usinagem determina a cinemática do processo de corte. Em serviços de usinagem CNC , a escolha da ferramenta depende se o material está sendo removido por fresamento rotativo, penetração axial ou torneamento estacionário. Selecionar a geometria correta garante tanto a precisão dimensional quanto a integridade da superfície.
1. Fresas
Os tipos mais comuns incluem fresas de topo planas, fresas de topo esféricas, fresas de faceamento, fresas de topo quadradas, fresas de chanfro e fresas para ranhuras em T. Sua principal vantagem reside na versatilidade, permitindo uma ampla gama de operações, como fresamento de faceamento, contorno, usinagem de cavidades e chanfro, com configurações simples e alta adaptabilidade. No entanto, as fresas de topo esféricas são menos eficientes na remoção de material do que as fresas de topo planas, e as fresas de pequeno diâmetro frequentemente sofrem com rigidez insuficiente, o que leva a vibrações ou lascamento das arestas de corte.
2. Brocas
Os principais tipos incluem brocas helicoidais, brocas de centrar, brocas de furo profundo, brocas de núcleo e escareadores. Essas ferramentas oferecem excepcional eficiência de perfuração e precisão de posicionamento. As brocas de furo profundo, em particular, podem lidar com relações de aspecto superiores a 10:1 com excelente evacuação de cavacos. Por outro lado, exigem alta precisão na pré-furação ou no centragem; durante operações de alta velocidade, uma remoção inadequada de cavacos pode facilmente levar à quebra da ferramenta.
3. Ferramentas de perfuração
Esta categoria inclui ferramentas de mandrilamento de desbaste, mandrilamento de acabamento e mandrilamento microajustável. Sua principal vantagem reside na precisão dimensional e no acabamento superficial superiores, corrigindo eficazmente erros de coaxialidade e circularidade. As versões microajustáveis permitem precisão em nível micrométrico. As desvantagens incluem taxas de remoção de material mais baixas em comparação com a furação, alta exigência de coaxialidade entre o eixo e a ferramenta e processos de ajuste demorados.
4. Ferramentas de torneamento
- Específico para tornos CNC
Os tipos mais comuns incluem ferramentas de torneamento externo, barras de mandrilamento interno, ferramentas de corte/ranhuramento, ferramentas de rosqueamento e ferramentas de perfil. Estas são altamente especializadas para torneamento externo/interno, rosqueamento e operações de corte eficientes. As ferramentas de perfil podem usinar contornos complexos em uma única passada. No entanto, elas carecem de versatilidade, pois cada ferramenta geralmente está vinculada a um processo específico. As ferramentas de rosqueamento também são sensíveis a ajustes nos parâmetros de corte, onde configurações inadequadas podem levar a roscas mal acabadas ou roscas cruzadas.
5. Torneiras
- Específico para roscas
Os machos de roscar são divididos principalmente em machos de máquina, machos de roscar com canal helicoidal e machos de conformação ou extrusão. Sua vantagem reside na capacidade de usinar roscas internas diretamente por meio de um processo simples. Os machos de conformação são particularmente notáveis para usinagem sem cavacos, o que resulta em maior resistência da rosca. As desvantagens incluem a dificuldade de evacuação de cavacos em furos cegos e o risco de quebra do macho devido ao torque excessivo durante a usinagem em alta velocidade.
Classificação por material da ferramenta
As propriedades químicas e físicas do material da ferramenta determinam sua capacidade de suportar calor e tensão mecânica. Um engenheiro deve equilibrar dureza e tenacidade: materiais mais duros podem cortar mais rápido e durar mais, mas geralmente são mais frágeis e propensos a falhas catastróficas se manuseados incorretamente.
1. Aço Rápido (HSS)
O aço rápido (HSS) oferece excelente tenacidade e resistência ao impacto. Sua superior capacidade de retificação permite a criação de geometrias complexas a um custo acessível. As desvantagens são sua dureza relativamente baixa (HRC 62–65) e baixa resistência ao calor, o que limita as velocidades de corte e a eficiência geral da produção. É mais adequado para acabamento em baixa velocidade, ferramentas personalizadas não padronizadas e reafiação manual de ferramentas.
2. Carboneto cimentado
Com alta dureza (HRC 89–93) e boa estabilidade térmica (suportando temperaturas de 800–1000 °C), as ferramentas de metal duro permitem altas velocidades de corte e oferecem longa vida útil em diversos materiais, incluindo ferro fundido, aço e metais não ferrosos. A principal desvantagem é a fragilidade e a menor resistência ao impacto em comparação com o aço rápido (HSS), além do custo mais elevado. É o padrão da indústria para corte de alta velocidade, semiacabamento e acabamento em produção em massa.
3. Ferramentas de cerâmica
Essas ferramentas apresentam dureza extrema (HRA 92–95) e excepcional resistência ao calor (até 1200–1400 °C). São quimicamente estáveis e altamente resistentes à formação de aresta postiça (BUE). No entanto, sua alta fragilidade e baixa resistência a impactos as tornam propensas a fraturas. São caras e exigem alta rigidez da máquina-ferramenta, sendo adequadas principalmente para o acabamento de aço temperado e ferro fundido refrigerado.
4. Nitreto de boro cúbico (CBN)
Em segundo lugar apenas para o diamante em dureza, o CBN possui extrema estabilidade térmica (até 1400–1500 °C) e excelente resistência ao desgaste para acabamento de alta precisão. Suas desvantagens incluem alta fragilidade, alto custo e afinidade química com metais não ferrosos, o que causa a formação de ligações. É ideal para usinagem de acabamento de alta precisão em aço temperado, ferro fundido resistente ao desgaste e superligas.
5. Ferramentas de diamante (PCD/monocristal)
O material mais duro conhecido (HV 10,000) possui uma aresta de corte incrivelmente afiada. Para metais não ferrosos, ele pode atingir um acabamento espelhado (Ra < 0.1 μm). As limitações são a baixa resistência ao calor (carbonatação ocorre acima de 700 °C), extrema fragilidade e alto custo. Crucialmente, ele não pode usinar metais ferrosos devido a uma reação química. É mais indicado para acabamento espelhado de cobre, alumínio, plásticos e madeira.
Classificação por Projeto Estrutural
A configuração estrutural de uma ferramenta afeta sua rigidez, os custos de manutenção a longo prazo e o tempo de inatividade operacional. Enquanto alguns projetos oferecem máxima precisão, outros são otimizados para eficiência econômica e trocas rápidas de ferramentas em linhas de produção automatizadas.
1. Ferramentas Sólidas
Ferramentas maciças oferecem excelente rigidez e alta precisão de usinagem com zero erro de montagem (concentricidade). A desvantagem é que, uma vez danificada, a ferramenta inteira precisa ser substituída, o que leva a custos operacionais mais altos e à impossibilidade de reutilização da haste. Elas são normalmente usadas para ferramentas de pequeno diâmetro e acabamento de alta precisão.
2. Ferramentas brasadas/soldadas
Essas ferramentas combinam a resistência de uma haste de aço rápido (HSS) com a resistência ao desgaste de uma ponta de metal duro a um preço moderado. No entanto, as tensões de soldagem podem causar rachaduras na ponta e, como a ponta não pode ser substituída individualmente, toda a ferramenta é descartada após o desgaste. Elas são usadas para semiacabamento e desbaste em geral.
3. Ferramentas Indexáveis
Essas ferramentas possuem insertos substituíveis que permitem trocas rápidas sem a necessidade de redefinir os offsets da ferramenta. Quando uma aresta se desgasta, o inserto pode ser girado para uma aresta nova, garantindo alta utilização e eficiência para produção em massa. A desvantagem é uma precisão de montagem ligeiramente menor em comparação com ferramentas maciças e um investimento inicial maior no porta-ferramentas. Elas são ideais para produção em alto volume, linhas automatizadas e usinagem em geral.
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