PT85872B

PT85872B - Processo de fresagem e respectiva ferramenta

Info

Publication number: PT85872B
Application number: PT85872A
Authority: PT
Inventors: Edgar Breuer; Andreas Hauswirth; Philip Costello; Konrad Gondek; Richard Schmid
Original assignee: Starrfraesmaschinen Ag
Priority date: 1986-10-08
Filing date: 1987-10-06
Publication date: 1993-07-30
Also published as: EP0264673B1; ES2023869B3; KR880004885A; EP0264673A1; YU182887A; DE3772700D1; US4850761A; PT85872A; DD270251A5; CZ279414B6; CH672084A5; JPS63102820A; ATE66842T1; CZ713387A3; JP2724583B2; KR950011667B1; YU46427B

Description

O presente invento refere-se a um processo de fresagem e respectiva ferramenta para maquinagem com arranque de apara de peças com superfícies planas ou curvas, em que as referidas superfícies são maquinadas por uma fresa frontal em fresagem com arrancamento e fresagem normal, mantendo-se a fresa sob um ângulo de inclinação constante.

De entre os processos de fresagem conhecidos para maqu_i nagem de superfícies curvas destaca-se o processo mais frequeji temente utilizado em que se utiliza uma fresa de haste com uma extremidade esférica, vulgarmente designada por fresa de cabeça esférica, que se desloca segundo três eixos de translação perpendiculares entre si, em percursos planos ou curvos, sobre a peça a maquinar. A distância entre o centro da esfera e a superfície a gerar mantém-se constante.

A vantagem deste processo reside no facto de a fresagem se poder efectuar sem problemas em fresadoras designadas por fresadoras convencionais, que disponham do comando e do accionamento de avanço adequados. Além disso verificam-se também poucos problemas de colisão. Por problema de colisão entende-se, na fresagem, a apresentação de posições da fresa e respeç: tiva haste em que a fresa ou partes da fresadora têm que penetrar em regiões, de acesso menos fácil ou impossível, da peça a trabalhar. Estes casos apresentam-se principalmente quando há que trabalhar contornos recolhidos e para evitá-los a maqui nagem das superfícies tem que ser interrompida.

Há ainda que ter em consideração que neste processo se podem utilizar ferramentas relativamente baratas.

No entanto, apresenta-se desvantajoso o mau contacto entre a fresa e a peça a trabalhar. Por este motivo, para se atingir uma determinada rugosidade é necessário recorrer a um número de passagens muito elevado. Além disso, dependendo da configuração da superfície da peça, depara-se com situações de corte convenientes mas também e frequentemente com situações

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inconvenientes.

Outro processo de fresagem conhecido é a fresagem periférica com fresas cilíndricas ou de disco. Neste tipo de fresagem com fresas cilíndricas, o avanço faz-se numa direcção perpendicular ao eixo da fresa. Em consequência dos problemas de colisão que se verificam quando se recorre a este processo, a sua utilização limita-se a alguns casos especiais, como por exemplo a formação de faces de pás de turbinas com formas pura mente cilíndricas ou a maquinagem de certas arestas. Tenta-se nestes casos conseguir um contacto óptimo do flanco da ferrameri ta com a superfície da peça. Este contacto pode ser melhorado em certos casos específicos de maquinagem utilizando fresas com formas especiais.

Na fresagem com fresas de disco o avanço pode dar-se p_a ralelamente ou perpendicularmente ao eixo da fresa. A vanta gem deste processo, em comparação com o anterior, reside no facto de se poderem utilizar fresas mais robustas que proporcionam uma elevada capacidade de arranque de apara. Em contra partida verificam-se também neste caso problemas de colisão s_g bretudo quando estejam em presença formas côncavas que, tanto por razoes ligadas à posição da haste da fresa - eixo da fresa paralelo à superfície da peça ou fazendo com esta um ângulo p_e queno, no máximo 309 - assim como também poder acontecer que o diâmetro da fresa não possa ser reduzido a menos de uma deter minada dimensão, cerca de 25 mm, o que, em zonas côncavas com pequenos raios de curvatura, dá lugar a problemas de colisão. Além disso é inconveniente que o esforço de fresagem se exerça sob forte inclinação da fresa em relação à peça o que, no caso de peças finas com pequena rigidez, como é o caso de pás de turbinas, dá lugar a flexões, vibrações e ondulações na superfície maquinada. Este processo, sobretudo pelos problemas de colisão referidos, é também apenas utilizado em maquinagens e£ peciais, entre as quais é relevante a maquinagem de faces de pás de turbinas.

Determinados processos de fresagem conhecidos são também designados por fresagens com fresas inclinadas. Por incli

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-4nação da fresa quer-se significar □ ângulo entre o eixo da f re sa e a perpendicular à superfície da peça no ponto de contacto entre a fresa e aquela superfície. A direcção do eixo da fresa fica assim determinada por dois ângulos e ξ . 0 ângulo é definido pelo eixo da fresa e pela perpendicular à superfície da peça e será em seguida designado por ângulo de inclinação da fresa. 0 segundo ângulo ê é definido pela projecção do eixo da fresa sobre a superfície, que se designa por sentido da inclinação e a direcção do avanço.

Num processo de fresagem deste tipo já conhecido (Pateri te Suiça Ges. 6727/83) da requerente, para maquinagem de pf? ças com a forma de pás, as arestas das pás são formadas por um processo de fresagem periférica, atrás referido, utilizando uma fresa cilíndrica, por exemplo uma fresa de haste que se faz deslocar ao longo das linhas delimitadoras das arestas das pás, enquanto os lados das pás, de grande largura, são maquinja dos pela face frontal da fresa de haste mantida inclinada, por passagens consecutivas em que se passa sobre as arestas já fo_r madas em velocidade rápida. Se bem que por este processo os problemas de colisão tenham soluções apenas ligeiramente piores que as possíveis com o primeiro processo, no entanto a capja cidade de arranque de apara é superior, mas continua a verificar-se, em virtude da passagem em vazio para além das arestas da pá, uma perda de tempo considerável.

Noutro processo conhecido de fresagem com fresa inclina da (Patente DE-25 44 612) a peça em forma de pá é maquinada por uma fresa frontal inclinada em relação ao eixo da pá, fazendo-se avançar a fresa sobre toda a face desta. Se bem que também neste processo os problemas de colisão tenham soluções apje nas ligeiramente piores do que as possíveis com o primeiro prjg cesso, no entanto a capacidade de arranque de apara é superior, mas verifica-se o inconveniente de, ao proceder à fresagem periférica das arestas das pás, haver perdas de tempo relativamente grandes.

Ao proceder à fresagem com fresas inclinadas, mantendo constante o ângulo de inclinação da fresa, verifica-se sempre

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em desenvolvimentos de apara não infinitos - os desenvolvimentos de apara infinitos podem ser gerados por deslocações espirais ou helicoidais - uma perda de tempo considerável na transição de uma passagem para a passagem seguinte, quer se trate do caso em que se faça a fresagem apenas num sentido, retornari do a ferramenta em velocidade rápida, quer se trate do caso em que a fresagem se faz nos dois sentidos, onde durante cada mudança de enfiamento da fresa, esta tem que ser levantada, o seu ângulo de inclinação rodado de 18D2 e novamente baixada sobre a peça a maquinar.

Noutro processo conhecido de fresagem por fresa inclina da (Patente US - PS 4 104 943) efectua-se a fresagem em corte normal e em corte com arrancamento utilizando uma fresadora de comando a três eixos em que se mantém constante o ângulo eri tre o eixo de rotação da fresa e a direcção de avanço da fresa ou da máquina em si.

Na fresagem com fresa inclinada e comando a três eixos, de superfícies curvas, o ângulo de inclinação da fresa, quer dizer o ângulo definido pelo eixo da fresa e a perpendicular à superfície em cada ponto, altera-se permanentemente, pelo que, em geral, as condições de corte são inconvenientes.

Isto verifica-se especialmente na fresagem normal que, em geral, é bastante melindrosa; este tipo de corte nega-se o mais tardar quando o centro da fresa se comprime contra a super^ fície do material a trabalhar.

Antes de mais, as fresas normais estão em princípio cojn tra-indicadas para a fresagem com fresa inclinada, no caso de fresagem normal, pelo que este processo, na prática, tem raras aplicações. Neste contexto o presente invento introduz um pro cesso, que constitui o seu objectivo, o qual embora baseado no processo inicialmente descrito está concebido de modo tal que torna possível gerar, por fresagem, superfícies convexas ou cõ_n cavas, de forma rápida e exacta.

objectivo proposto atinge-se, de acordo com o presente invento, mantendo constante o ângulo de inclinação da fresa

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-6em relação à perpendicular à superfície a trabalhar, tanto durante a fresagem normal como na fresagem com arrancamento.

Nos desenhos encontram-se representados exemplos de cori cretização do invento que a seguir se descreverão, nos quais:

as Figs. 1 a 5 são uma representação esquemática dos processos de fresagem de acordo com as técnicas actuais atrás referidas, a Fig. 1 mostra a fresagem com uma fresa de haste com cabeça esférica, a Fig. 2 mostra a fresagem periférica com uma fresa cilíndrica , a Fig. 3 mostra a fresagem periférica com uma fresa de disco, as Figs. 4, 5 mostram a fresagem com fresa inclinada, a Fig. 6 é uma representação esquemática da fresagem com fresa inclinada em que a maquinagem se faz nos dois sentidos de deslocação da fresa, a Fig. 7 é uma representação esquemática do processo de fresagem com fresa inclinada em que a maquinagem se faz apenas num dos sentidos de deslocação da fresa, a Fig. 8 mostra a fresagem de acordo com o processa do presente invento, no sentido de avanço, a Fig. 9 mostra a fresagem de acordo com o processo do presente invento, no sentido de retorno, a Fig. 10 é uma representação esquemática da fresagem em degraus efectuada com uma fresa de acordo com o presente iri vento, a Fig. 11 é uma representação esquemática do processo de fresagem com fresa inclinada, de acordo com o presente invento, em que a fresagem num dos sentidos é uma fresagem normal e no outro uma fresagem com arrancamento, a Fig. 12 é uma representação esquemática de um caso de colisão,

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a Fig. 13 è uma representação esquemática da solução do problema de colisão da Fig. 12, a Fig. 14 é uma representação esquemática de um exemplo de Fresa frontal de acordo com o presente invento, a Fig. 15 é uma representação esquemática de um segundo exemplo de fresa Frontal de acordo com o presente invento, e a Fig. 16 é uma representação esquemática de um terceiro exemplo de fresa Frontal de acordo com o presente invento.

Nas Figs. 1 a 5 encontram-se representados esquematicamente os processos de Fresagem conhecidos a que se Fez reFerêri cia na introdução, mostrando-se na Fig. 1 a maquinagem de uma superFície curva 2 de uma peça 1 por meio de uma Fresa de haste com cabeça esFérica 3 e na Fig. 2 a Fresagem periFérica por meio de uma Fresa cilíndrica 6 relativamente desgada. Na Fig. 2 o avanço Faz-se numa direcção sensivelmente perpendicular ao eixo da Fresa encostando-se o Flanco da Ferramenta do melhor modo possível à superFície da peça. Neste caso veriFicam-se no entanto problemas de colisão como se reFeriu anteriormente. Na Fresagem periFérica por meio de uma Fresa de disco 7, como se mostra na Fig. 3, o avanço pode Fazer-se paralelamente ou perpendicularmente ao eixo da Fresa. VeriFicam-se nestes casos os problemas de colisão anteriormente reFeridos, especialmente quando se trate de superFícies côncavas resultantes, por um lado da haste da Fresa e por outro do diâmetro mínimo admis. sível da Fresa.

Na Fresagem com Fresa inclinada, como se mostra nas Figs. 4 e 5 o eixo da Fresa 9 está inclinado em relação à perpendicu. lar 10 à superFície 2 de um ângulo de inclinação jf'. Dado que o avanço V se Faz no sentido da inclinação do eixo da Fresa, a Fresagem Faz-se com arrancamento, mostrando-se na Fig. 5 os sulcos achatados resultantes.

Todos os processos de Fresagem descritos em correlação com as Figs. 1 a 5 estão baseados no processo de corte com arrancamento no qual, pela inclinação para a Frente da Fresa de haste cilíndrica, se evita de Forma segura um corte suplementar produzido pela aresta posterior da Fresa, porquanto este corte

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-8suplsmentar do tipo normal, pressionante ou mergulhante, realizado pelo topo da fresa é considerado inconveniente e anti-económico, pelo que deve ser evitado. Igualmente, como se re feriu anteriormente, verificam-se problemas de colisão.

Em consequência da convicção de que, pelas suas vantagens, se deve praticar apenas o corte com arrancamento, verif_i cam-se também, no caso da maquinagem de superfícies, as perdas de tempo inerentes, vejam-se as Figs. 6 e 7. Se a fresa 9 tiver que trabalhar em corte com arrancamento tanto no avanço 11 como no retorno 12, a cada mudança de sentido com avanço lateral, a fresa tem que ser levantada, o seu ângulo de inclinação rodado de 1805 e de novo baixada sobre a peça. Além disso man tendo-se o sentido de rotação da fresa, a fresagem faz-se num dos sentidos com levantamento de apara em sentido paralelo e no outro em sentido contrário.

Se, pelo contrário, se fresar apenas no sentido 13, veja-se a Fig. 7, o retorno 14 faz-se em curso rápido com a fresa levantada. Em ambos os casos se verifica, no entanto, a correspondente perda de tempo.

presente invento baseia-se no raciocínio de que é pos. sível efectuar a fresagem com fresa inclinada com qualquer ângulo de inclinação em relação à direcção do avanço quando se utilize uma fresa adequada. Por este processo torna-se possível fresar uma superfície praticamente sem cursos em vazio ou sem perdas de tempo derivadas de maus rendimentos de arranque de aparas. Se, por exemplo, se utilizar este novo processo, com os resultados excepcionais respectivos, na fresagem em dois sentidos com fresa inclinada de uma superfície, verificam-se tanto na fresagem no sentido de avanço 11, fresagem com arrancamento, veja-se a Fig. 8, como no sentido de retorno 12, fresagem normal, veja-se a Fig. 9:

- as mesmas condições de corte ou seja apenas levantamento de apara em sentido paralelo ou contrário,

- as mesmas condições de colisão visto que a posição da ferramenta em relação à peça se não altera ao fazer-se a inver são.

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-9Nas Figs. B e 9 pode ver-se que a fresa, com a configuração de uma fresa frontal vulgar, tem condições de ataque no avanço 11 diferentes das que se encontram no retorno 12. Para que o processo deste invento se concretize da melhor forma, a fresa tem que ter uma conceção que lhe permita cortar tanto p_e la periferia 15 como pela face frontal, dispondo de um espaço de recolha de aparas 18 suficiente.

Nas Figs. 8 e 9 pressupunha-se que a camada de material a retirar tinha uma espessura tal que, em fresagem normal, ap_e nas a parte posterior e inferior da fresa efectuava o corte. Se esta condição não for satisfeita ambas as partes anterior e posterior da fresa atacam a peça em fresagem normal, veja-se a Fig. 10. A fresagem faz-se nesse caso em dois degraus pelo que o processo de fresagem tem a designação de fresagem em degraus. A maquinagem de uma superfície faz-se assim por fresagem normal em degraus em contraponto com a fresagem com arrancamento por meio de fresa inclinada.

Dado gue se pode agora fresar tanto em fresagem normal como em fresagem com arrancamento é possível a fresagem nos dois sentidos, como se mostra na Fig. 11, por um processo em que se eliminam todos os percursos em vazio dos processos representados pelas Figs. 6 e 7. Consegue-se deste modo uma ec_o nomia de tempo considerável.

Nas Figs. 14, 15 e 16 mostra-se uma fresa frontal 19 que satisfaz da melhor forma as exigências do processo descrito. A demonstração deste facto pode fazer-se melhor em correlação com as Figs. 15 e 16. A perpendicular 10 à superfície da peça divide o ângulo entre as duas arestas de corte inferio res da patilha de corte 20 em dois ângulos iguais β . Isto significa que também os ângulos entre as arestas de corte e a superfície, «. e (X^, são iguais. 0 ângulo / corresponde ao ângulo de inclinação da fresa. As condições não se alteram se em vez de uma forma romboédrica a pastilha de corte 20 tiver uma forma quadrada, triangular ou circular. Estas características geométricas não se limitam às fresas com pastilhas poden do igualmente aplicar-se a fresas integrais.

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Com uma fresa construída deste modo torna-se possível a fresagem a cinco coordenadas com fresa inclinada, por fresagem normal e com arrancamento, por um processo semelhante ao processo descrito mas que, graças à introdução de um quarto eixo (de rotação) e um quinto eixo (de declínio) se pode efectuar com o mesmo eixo de inclinação da fresa em relação à perpendicu lar à superfície da peça. Enquanto as condiçães de corte em fresagem normal, com as fresas não especialmente concebidas, são neste caso francamente inconvenientes, a ferramenta descri ta produz uma fresagem com fresa inclinada de igual qualidade tanto em fresagem normal como em fresagem com arrancamento. Se se utilizar o processo de fresagem normal que também se pode designar por fresagem normal com inclinação negativa da fresa, em alternância com a fresagem com arrancamento por meio de fre sa inclinada numa maquinagem em que se aproveitam os dois sentidos de deslocação da ferramenta pode-se, como se disse, fresar uma superfície sem se verificarem perdas de tempo provocadas por cursos em vazio ou maus rendimentos de arranque de apa. ra. Em consequência das mudanças entre fresagem normal e fresagem com arrancamento, este tipo de fresagem pode ser denominado por fresagem alternada (push and pull). Este tipo de maquinagem encontra-se representado na Fig. 11.

Em todas as fresagens com fresa inclinada e portanto também no presente processo, quer a fresagem seja normal quer com arrancamento se verifica o inconveniente de, por razões do bom encosto da fresa à superfície da peça, em certas circunstâncias se atingirem mal arestas recolhidas, por exemplo no caso de uma parede como se mostra na Fig. 12. Nsste caso veri^ fica-se tanto no caso da aresta 21 como também no contorno a atingir na parede 22, como se representa a tracejado, um exces. so de material devido a problemas de colisão que se opãem a que a fresa 19 consiga executar a aresta 21. Este inconvenieri te pode obviar-se, de acordo com o presente invento, dando à fresa, na proximidade da parede 22, um declínio num sentido perpendicular ao eixo da fresa, que por sua vez se encontra inclinada em relação à direcção de avanço, conseguindo-se deste modo fresar directamente a aresta recolhida 21, que pode

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-11ser aguçada ou de preferência arredondada e conseguir-se também aproximar o contorno efectivo do contorno objectivo, vejq -se a Fig. 13.

Especial significado no âmbito do presente invento tem a configuração dos cortantes circulares ou em sector circular, vejam-se as Figs. 10 e 14. Dado que esta geometria satisfaz as condições de simetria exigidas, com qualquer ângulo de incl_i nação da fresa, encontra-se especialmente apropriada para a ma quinagem de peças difíceis em que nem sempre é possível manter constante o ângulo de inclinação da fresa.

Pela mesma razão esta geometria de corte pode ser utili. zada na fresagem com fresa inclinada representada na fig. 10 o que, em casos de grandes excessos de material permite pequenos ângulos de inclinação da fresa, ou seja sulcos de fresagem mais planos em fresagem normal. 0 efeito da fresagem em degraus não se atinge assim por uma configuração especial da ferramenta mas sim pela relação entre a profundidade do corte e a regulação em altura da própria ferramenta, quer dizer em função do ângulo de inclinação da fresa, do diâmetro da ferramenta e do raio da aresta. Deste modo torna-se também possível escolher à vontade a profundidade do corte entre um valor máximo e nulo. Além disso na fresagem com fresa inclinada são possíveis ângulos de contacto de até 3605 de modo que o processo de fresagem, por razões das condições especiais de ataque criadas, se faz de forma extremamente suave. N_os casos conhecidos de fresagem p_e riférica por fresas frontais o ângulo máximo é da ordem dos 1805.

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Claims

REIVINDICAÇÚES

1 - Processo de fresagem para maquinagem com arranque de apara, de peças com superfícies planas ou curvas, em que as sjj perfícies são maquinadas por uma fresa frontal, por fresagem normal e fresagem com arrancamento, mantendo-se o ângulo de inclinação da fresa, caracterizado por este ângulo entre o eixo da fresa e a perpendicular à superfície da peça a trabalhar se manter constante tanto no curso de fresagem com arrancamento como no curso de fresagem normal.
2 - Processo de fresagem de acordo com a reivindicação

1, caracterizado por a ferramenta ser concebida com cortantes cuja geometria é tal que as arestas de corte interiores e ex te riores se apresentam pelo menos sensivelmente simétricas em re lação à perpendicular à superfície a trabalhar.
3 - Processo de fresagem de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por as superfícies das peças serem maquinadas por uma fresa frontal cujo ângulo de inclinação è tão grande que em fresagem normal a parte mais alta da face frontal da fresa não efectue corte.
4 - Processo de fresagem de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por, na maquinagem de superfícies por fresagem normal o ângulo de inclinação da fresa ser tão pequeno que a parte mais alta da face frontal da fresa colabora na operação de corte, resultando desse facto que a superfície a maquinar é fresada em degraus.
5 - Processo de fresagem de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por, na fresagem de pás de turbinas, ambos os cursos da fresa, na direcção longitudinal da pá da turbina, se rem aproveitados.
6 - Processo de fresagem de acordo com a reivindicação

2, caracterizado por, na fresagem de arestas recolhidas, o eixo da fresa, posicionada com a inclinação (X), ser perpendicu66 712 lf 3E 21'244 My lar à direcção do avanço da fresa.
7 - Fresa frontal para maquinagem de peças com arranque de apara, destinada à fresagem com arrancamento e fresagem normal, caracterizada por a geometria dos cortantes ser es colhida de modo que estes apresentam uma forma poligonal e por a bissectriz entre as duas arestas cortantes, interior e exte rior, que efectuam a fresagem fazer com o eixo de rotação da fresa um ângulo sensivelmente igual ao ângulo de inclinação desta (7).
8 - Fresa frontal de acordo com a reivindicação 7, caracterizada por os cortantes serem circulares, sobressaindo as suas arestas cortantes, em relação à face frontal da fresa, de uma medida tal que, em relação às perpendiculares à superf_í cie a maquinar o corte é executado por arestas cortantes com perfis simétricos.