JS Precision

O núcleo de um protótipo de drone refinado é um disco central de liga de alumínio de alta precisão, envolto por um suporte esculpido em fibra de carbono e encaixado em um conector de latão com rosca de precisão.

Em um ciclo de desenvolvimento tradicional, isso exigiria três ou quatro fornecedores e semanas de prazo de entrega. Mas com a aplicação magistral da "dupla dinâmica" de fresagem e torneamento CNC, tudo isso pode levar apenas alguns dias , desde um modelo de computador até um protótipo portátil, testável e funcional.

Este tutorial abordará como esse par de ferramentas é fundamental para a prototipagem rápida por CNC, fornecendo uma explicação detalhada das vantagens da prototipagem por CNC para ajudá-lo a entender como elas encurtam os ciclos de desenvolvimento, reduzem custos e criam protótipos muito próximos do produto final.

Resumo das respostas principais

Por que confiar? A experiência de iteração rápida da JS Precision

Por que você deveria acreditar neste guia de fresagem e torneamento CNC? Porque ele é baseado em mais de 15 anos de experiência prática da JS Precision com iteração rápida.

No setor aeroespacial, ajudamos nossos clientes a fabricar peças de drones em liga de alumínio-titânio com uma redução de 30% no tempo de processamento de cada peça. No setor de dispositivos médicos, utilizamos torneamento CNC para produzir peças roscadas de alta precisão. Entregamos mais de 500 projetos de prototipagem rápida anualmente, ajudando nossos clientes a reduzir seus ciclos de desenvolvimento de produtos em mais de 40% em média.

Também lidamos com inúmeros pedidos de emergência de "10 protótipos complexos em 2 semanas" e, em cada projeto, aprendemos a arte de aprimorar processos e gerenciar custos.

Este livro é o resultado de uma experiência prática, desde a verificação técnica até o controle de custos, tudo comprovado por projetos reais, o que pode ajudá-lo a ter uma compreensão mais clara das vantagens da prototipagem CNC e fornecer referências confiáveis para suas necessidades de prototipagem rápida.

Se você precisa de serviços profissionais de torneamento e fresagem CNC para impulsionar seu projeto, a JS Precision oferece um serviço completo, desde a otimização do projeto até a entrega da produção. Após a realização do pedido, nossos engenheiros responderão prontamente e desenvolverão um plano de usinagem personalizado.

Fresagem e torneamento CNC: a função central na prototipagem rápida

Tendo estabelecido a confiabilidade deste guia, vamos primeiro definir o papel fundamental da fresagem e torneamento CNC na prototipagem rápida.

• A fresagem CNC utiliza o movimento de ferramentas em múltiplos eixos para remover material e esculpir perfis complexos a partir de material sólido. O processo é frequentemente usado em componentes estruturais aerodinâmicos de fuselagens de drones.
• A usinagem CNC , no entanto, não gira a barra de material, o que permite que a ferramenta "esculpa" peças redondas simétricas. Componentes como suportes de rolamentos e eixos empregam esse método para obter precisão.

Ambos são amplamente utilizados na prototipagem rápida porque podem traduzir facilmente modelos 3D em protótipos reais em pouco tempo e são fáceis de renderizar, sendo flexíveis o suficiente para trabalhar com uma ampla gama de materiais, facilitando a usinagem de ligas de alumínio a aço inoxidável .

Para uma comparação simples entre os dois, segue uma tabela comparativa:

Revelando a diferença: uma comparação fundamental entre torneamento e fresamento CNC para prototipagem rápida.

Agora que você já entendeu os princípios básicos de fresagem e torneamento CNC, vamos abordar as principais diferenças entre eles para ajudá-lo a escolher a tecnologia mais adequada para o seu projeto.

O segredo da fresagem CNC é o "movimento multieixos". Os centros de usinagem de 3 e 5 eixos , por exemplo, permitem que a ferramenta entre em contato com o material a partir de múltiplas direções, possibilitando a produção de peças assimétricas com ranhuras, rasgos de chaveta e superfícies curvas compostas, como "esculpir" a forma precisa da fuselagem de um drone em um lingote de alumínio.

A natureza da torneagem CNC é a "rotação do material". A barra é girada em alta velocidade no fuso enquanto a ferramenta corta em um caminho predeterminado. A torneagem CNC apresenta desempenho particularmente bom na usinagem de peças simétricas, como formatos cilíndricos e cônicos. Por exemplo, o furo interno cilíndrico de um suporte de rolamento pode ser torneado em CNC para obter maior circularidade.

Mas os modernos centros de usinagem multitarefa — tornos e fresadoras CNC — eliminaram a limitação de escolher uma única tecnologia. Eles integram as capacidades de fresagem e torneamento CNC em uma única máquina para a usinagem completa de peças, desde recursos circulares simétricos até estruturas complexas com formatos personalizados, em uma única configuração.

Por exemplo, na usinagem de peças de eixo com rasgos de chaveta, não é necessário primeiro fabricar o corpo do eixo em um torno CNC e depois transferi-lo para uma fresadora CNC para fabricar o rasgo de chaveta. Tudo isso é possível em uma única operação na máquina combinada, com tempo de preparação reduzido e eliminação dos erros de precisão associados a preparações secundárias.

Figura 1: Esta figura demonstra a prototipagem rápida de alta precisão alcançada por meio de processos de fresagem e torneamento CNC fabricados pela JS Precision.

Sinergia: Quatro cenários típicos revelam quando combinar tecnologias de fresagem e torneamento.

Considerando que a fresagem e o torneamento CNC são vantajosos quando usados separadamente, e que também existem máquinas combinadas que podem executar ambas as operações, em que circunstância específica se justifica a combinação dessas duas tecnologias? As quatro situações usuais a seguir podem servir como exemplos claros:

1. Peças com características não arredondadas nos eixos:

A maioria dessas peças é simétrica e requer torneamento CNC para atingir a circularidade e a concentricidade necessárias. Elementos não arredondados, como chavetas e partes planas nas laterais do eixo, não podem ser obtidos por torneamento e precisam ser usinados por fresamento CNC. Os eixos de saída de motores normalmente possuem esse design.

2. Carcaças com furos roscados de precisão:

As carcaças geralmente têm formato irregular e precisam ser fresadas por CNC para criar o contorno geral e a cavidade de montagem. Os furos roscados de precisão das carcaças podem ser feitos utilizando a função de rosqueamento de um centro de torneamento CNC, proporcionando maior precisão de rosca do que a fresagem simples e evitando o travamento dos parafusos durante a montagem subsequente.

3. Elementos rotativos assimétricos:

O formato principal do elemento é simétrico em relação à rotação, como por exemplo, um rolo com uma ranhura excêntrica. O corpo principal cilíndrico do rolo é inicialmente rotacionado em uma máquina CNC. A ranhura assimétrica só pode ser usinada por fresamento CNC multieixos para garantir o posicionamento correto da ranhura.

4. Peças que exigem configuração de dispositivo único com alta precisão:

Quando as exigências de precisão das peças são extremamente altas, digamos, tolerâncias de ±0,025 mm, a fixação secundária provavelmente introduzirá erros. Nesses casos, todas as operações de torneamento e fresamento são realizadas em uma única configuração utilizando uma máquina CNC de fresamento e torneamento, garantindo assim a mais alta precisão. Isso é particularmente aplicável em conectores de precisão para o setor aeroespacial.

Nessas situações, é impossível que uma única tecnologia atenda a todos os requisitos das peças. A combinação de fresagem e torneamento é a única maneira de produzir protótipos rápidos e competentes.

A JS Precision possui vasta experiência em usinagem combinada de fresamento e torneamento . Com base nas características da sua peça, podemos determinar se as duas tecnologias são necessárias e elaborar um plano de processo otimizado para garantir a rápida produção de protótipos que atendam às exigências de precisão e reduzam o prazo de entrega.

Limites de Precisão: Tornos e Fresadoras CNC Permitem Protótipos em Nível Micrométrico

Na prototipagem rápida, a precisão muitas vezes determina, por si só, se um protótipo é capaz de suportar os requisitos de teste e montagem. A alta precisão proporcionada por tornos e fresadoras CNC é um dos principais motivos pelos quais as empresas consideram essa tecnologia.

Máquinas de torneamento e fresagem CNC de alta qualidade normalmente podem fornecer uma precisão de usinagem de ±0,025 mm, enquanto certos equipamentos premium possuem capacidade para ultrapassar ±0,01 mm.

Esse grau de precisão é suficiente para atender à maioria dos requisitos de protótipos aeroespaciais, médicos e automotivos. Por exemplo, os suportes de rolamentos de drones exigem uma circularidade precisa para evitar o travamento dos rolamentos, o que pode ser facilmente alcançado com torneamento CNC.

No entanto, a precisão da usinagem CNC depende de inúmeros fatores. A seguir, uma lista dos principais fatores de influência e seus respectivos mecanismos de controle:

Além dos fatores típicos mencionados acima, a "compensação dinâmica de precisão" é uma tecnologia avançada ainda menos conhecida que pode detectar automaticamente, em tempo real, erros de usinagem, como desvios dimensionais devido ao desgaste da ferramenta, e ajustar os parâmetros de usinagem de acordo para melhorar ainda mais a precisão e a estabilidade.

Se você precisa usinar peças protótipo com precisão na ordem de mícrons, as máquinas de torneamento e fresagem CNC da JS Precision, com tecnologia de compensação dinâmica de precisão, podem atender às suas necessidades de alta precisão. Do processo ao equipamento, temos controle total sobre os detalhes de precisão do início ao fim.

Figura 2: Comparação entre torno CNC e fresadora.

Acelerando a Inovação: Como a Prototipagem Rápida CNC Reduz os Ciclos de Desenvolvimento de Produtos

Um dos requisitos básicos da prototipagem rápida é a "rapidez". A prototipagem rápida por CNC permite que as empresas acelerem a inovação e reduzam os prazos de desenvolvimento de produtos de diversas maneiras distintas.

Em primeiro lugar, a tecnologia CNC permite iterações rápidas. Se for necessário redesenhar os testes do protótipo, basta alterar os parâmetros de programação da CNC sem precisar refazer o molde. Por exemplo, uma empresa de autopeças alterou as dimensões de um protótipo e produziu um novo protótipo usando usinagem CNC em três dias, em vez de mais de duas semanas com as técnicas tradicionais de fabricação de moldes.

Em segundo lugar, a usinagem CNC reduz o custo dos moldes. Protótipos em pequenos lotes (por exemplo, de 10 a 50 unidades) geralmente exigem moldes, cujos custos chegam a milhares ou dezenas de milhares de dólares. A usinagem CNC dispensa o uso de moldes, reduzindo assim esses custos.

Ao mesmo tempo, a usinagem CNC integra o projeto assistido por computador. Os modelos CAD 3D podem ser importados diretamente para o software de programação CNC, eliminando processos de conversão intermediários e economizando tempo.

Estatísticas confirmam que empresas que utilizam prototipagem rápida CNC obtiveram uma redução média de mais de 50% no ciclo de desenvolvimento de seus produtos, com certos projetos emergenciais reduzindo o ciclo em até 70%.

Além disso, a "prototipagem virtual" combinada com CNC está se tornando uma tendência crescente. O software simula a usinagem CNC antes da criação de um protótipo físico para verificar a conformidade do percurso da ferramenta e a geometria da peça. Isso reduz o número de testes do protótipo físico e evita iterações demoradas.

Por exemplo, a JS Precision, que antes trabalhava para uma empresa de eletrônicos, utilizou a prototipagem virtual para detectar problemas de interferência na usinagem de peças com bastante antecedência, o que permitiu criar um protótipo de alta qualidade de uma só vez e entregá-lo cinco dias antes do prazo previsto.

Para reduzir o tempo de desenvolvimento de produtos com a ajuda da prototipagem rápida CNC, a JS Precision oferece serviços de processo completo , desde a prototipagem virtual até a usinagem da peça real. Dessa forma, você pode acelerar a transformação do seu projeto em um protótipo e aproveitar as oportunidades de mercado.

Figura 3: Desenhos CAD de componentes de drones e peças sólidas usinadas por CNC.

Experiência em torneamento: Tipos de peças para prototipagem rápida mais adequados para torneamento CNC

Na combinação de fresagem e torneamento CNC , o torneamento CNC oferece uma experiência inestimável, especialmente na usinagem de componentes para prototipagem rápida.

Em primeiro lugar, os componentes de eixos, como eixos de motores e eixos de transmissão, devem ser mantidos com um grau de circularidade e concentricidade muito próximo. O torneamento CNC, através da rotação da barra em torno de seu eixo central, garante dimensões iguais em todas as seções transversais e um alto acabamento superficial, tipicamente igual a Ra 0,8 μm ou menos, reduzindo a necessidade de retificação secundária.

Em segundo lugar, as peças roscadas, como parafusos, porcas e conexões roscadas, exigem passo e profundidade de rosca precisos, sem o erro de precisão da rosqueamento manual. Isso torna o processo ideal para protótipos que precisam ser montados e testados com frequência.

Além disso, para peças rotativas, como rolos e buchas de rolamento, com diâmetros externos ou furos internos simétricos em relação à rotação, o torneamento CNC oferece altas velocidades de processamento e permite alcançar consistência dimensional por lote de protótipos.

Além das aplicações comuns, o torneamento assimétrico é uma abordagem menos comum, porém útil, na usinagem CNC. Ele pode ser utilizado para tornear peças rotativas assimétricas, como discos com furos excêntricos. Ao manter o material em um dispositivo de fixação especial, a máquina de torneamento CNC consegue girar a característica excêntrica durante a rotação, atendendo às demandas específicas de prototipagem.

Por exemplo, a JS Precision já fabricou um protótipo de rolo com um sulco excêntrico para um fabricante de equipamentos de automação. Com a tecnologia de torneamento assimétrico, a operação foi realizada em uma única etapa, eliminando a complexa etapa subsequente de fresamento e reduzindo o tempo de usinagem em 20%.

Se você precisa de usinagem CNC para protótipos , como eixos e peças roscadas, a JS Precision conta com recursos técnicos e equipamentos de ponta, além de expertise para fornecer serviços de usinagem de alta precisão e eficiência.

Estudo de Caso: O Projeto de UAV de Alto Desempenho

O exemplo a seguir demonstra como a fresagem e o torneamento CNC foram aplicados em um projeto de prototipagem rápida e como a JS Precision resolveu um desafio do cliente.

Necessidades do cliente

Uma empresa de tecnologia de drones para inspeção industrial precisava desenvolver um protótipo de estrutura intermediária para um drone de nova geração. Duas especificações principais eram necessárias para o protótipo:

• O metal utilizado deveria ser de alta resistência e leveza, e por isso optou-se pela liga de alumínio aeronáutico 7075 .
• A produção teve que ser feita dentro do cronograma rigoroso de 10 conjuntos em duas semanas para testes de campo.

Para complicar ainda mais a tarefa, o componente também possuía uma estrutura de suporte de carga avançada e não padronizada (para suportar as vibrações de voo do drone) e seis suportes de rolamento coaxiais próximos (para evitar que os rolamentos grudem uns nos outros durante a montagem). Essa tarefa seria impossível apenas com torneamento CNC ou fresagem CNC.

Solução da JS Precision

1. Para a estrutura de suporte com formato exclusivo da estrutura intermediária, aplicamos a tecnologia de fresagem CNC de 5 eixos.

Com essa tecnologia, temos a capacidade de fresar o material por diferentes lados e usinar com precisão as cavidades complexas e as estruturas de suporte da estrutura central. Também otimizamos os parâmetros de corte da liga de alumínio 7075 para oferecer resistência estrutural sem causar deformação do material durante o processo de usinagem.

2. Para o assento de montagem do rolamento, transferimos a peça para uma máquina de torneamento e fresagem CNC para usinagem de precisão.

O suporte do rolamento requer um furo interno de 10 mm de diâmetro com uma tolerância de circularidade de ±0,01 mm. O torneamento oferece uma garantia maior dessa precisão, e a usinagem em uma máquina multifuncional elimina a necessidade de fixação secundária, minimizando, assim, erros de fixação.

3. Nossa equipe de serviços de torneamento e fresamento CNC otimizou os percursos das ferramentas, combinando operações comuns de fresamento e torneamento. Eles também aplicaram um layout inteligente para unir várias peças em uma única chapa de liga de alumínio 7075, minimizando o desperdício de material. Por fim, o tempo de processamento por peça foi reduzido em 30%, de 4 horas para 2,8 horas.

Resultados

Por fim, o cliente recebeu todos os 10 protótipos em 10 dias, quatro dias antes do prazo previsto. Os testes confirmaram que os protótipos atendiam aos níveis de resistência à carga projetados (capazes de suportar uma carga estática de 50 kg), a tolerância de circularidade dos seis suportes dos rolamentos estava dentro de ±0,008 mm e a rotação dos rolamentos durante a montagem era suave, sem solavancos.

O cliente não só conseguiu realizar testes de campo com esses protótipos com sucesso, como, devido à qualidade já comprovada, eles foram utilizados diretamente para a fabricação experimental em pequenos lotes , acelerando três semanas de testes do produto e economizando tempo valioso para o lançamento subsequente no mercado.

Figura 4: Protótipos de estrutura de drone em liga de alumínio de alta resistência foram fabricados utilizando processos de fresagem e torneamento CNC.

Relação custo-benefício: Economia máxima com serviços de torneamento e fresagem CNC

Optar por fresamento e torneamento CNC para prototipagem rápida não só garante velocidade e precisão, como também maximiza a economia, beneficiando-se de serviços profissionais de fresamento e torneamento CNC . É por isso que as empresas colocam essa tecnologia no topo de suas prioridades. Quatro aspectos são importantes:

Projeto para Otimização (DFM)

Os engenheiros da JS Precision analisarão o projeto da sua peça antes da usinagem e recomendarão otimizações para reduzir o custo e a complexidade da usinagem.

Por exemplo, eles podem transformar um sulco estreito e profundo em um sulco largo e raso para eliminar a necessidade de ferramentas especiais, ou dividir uma cavidade interna complexa em duas menores e conectá-las para minimizar o tempo de usinagem. Um cliente economizou 15% nos custos de usinagem de peças com nossa otimização DFM.

Layout inteligente e eficiência de materiais

Antes da usinagem, posicionamos as peças da melhor forma em uma chapa ou barra, dependendo do tamanho da peça e da qualidade do material. Em uma chapa de liga de alumínio de 1000 mm x 500 mm, o layout permite acomodar duas ou três peças adicionais, reduzindo o desperdício de material e aumentando a eficiência em mais de 20%, o que reduz diretamente o custo do material.

Efeito de lote

Mesmo para pequenos lotes de protótipos (por exemplo, 10 a 30 unidades), um planejamento de processo eficaz também economiza tempo e custos de preparação. Por exemplo, ao processar peças semelhantes em lote, o ajuste e a programação das ferramentas podem ser realizados simultaneamente, evitando trocas repetidas de ferramentas e ajustes de parâmetros, e reduzindo os custos de processamento por peça em aproximadamente 10% .

Evitar operações secundárias

Prestadores de serviços especializados podem realizar todas as operações, como fresagem, torneamento preciso de furos, rosqueamento e retificação, em uma única operação, evitando a busca por outros fornecedores para processamento secundário e prevenindo custos adicionais de transporte e comunicação.

Por exemplo, um cliente hipotético precisava inicialmente procurar três fornecedores para fresagem, torneamento e rosqueamento. Ao nos visitar, ele conseguiu resolver tudo de uma só vez, economizando incríveis 25%.

A tabela abaixo apresenta os efeitos reais de diferentes técnicas de redução de custos:

Perguntas frequentes

P1: A usinagem CNC é incapaz de lidar com cavidades internas complexas?

As ferramentas CNC precisam tocar a superfície da máquina para cortar, então a impressão 3D pode ser uma escolha mais adequada para cavidades internas extremamente complexas. Mas a JS Precision contorna esses desafios por meio de um design de processo inovador, realizando processamento de cavidades mais complexas do que se imaginava e atendendo à maioria dos requisitos de protótipos.

Q2: Como escolher o material mais adequado para o seu protótipo usando usinagem CNC?

A seleção de materiais depende dos requisitos de aplicação do seu protótipo, considerando quatro aspectos principais: relação resistência/peso, resistência ao desgaste, resistência à corrosão e propriedades térmicas/elétricas. Os especialistas da JS Precision recomendarão os materiais com base nas suas necessidades específicas.

Q3: Qual é a dimensão mínima de detalhe que pode ser obtida usando usinagem CNC?

A dimensão mínima de detalhe na usinagem CNC é essencialmente controlada pela ferramenta. A fresagem CNC normalmente consegue produzir detalhes de 0,1 mm, como ranhuras ou furos finos. Ranhuras finas e profundas são difíceis de usinar devido à rigidez da ferramenta. Para detalhes mais precisos, utilizam-se operações de micromecanização. Os projetistas devem considerar o diâmetro mínimo da ferramenta para evitar falhas na usinagem.

Q4: Eu só tenho uma ideia ou um esboço conceitual. Posso usar o seu serviço?

Claro. No entanto, para garantir a precisão da usinagem, recomendamos que você forneça um desenho 2D completo ou um modelo CAD 3D. Se você tiver apenas uma ideia ou um modelo inicial, a equipe de design da JS Precision terá prazer em ajudá-lo a transformar sua ideia em documentos de projeto padronizados . Acompanharemos você em cada etapa do processo de design para garantir uma usinagem CNC perfeita.

Resumo

A fresagem e o torneamento CNC são muito mais do que técnicas de fabricação tradicionais; são ferramentas formidáveis e indispensáveis no setor de prototipagem rápida CNC contemporâneo.

Eles proporcionam a combinação ideal entre a liberdade absoluta do design computacional e o desempenho real dos materiais, oferecendo o caminho mais confiável e rápido desde a prova de conceito até o lançamento no mercado.

Seja qual for a sua necessidade, desde torneamento de peças com formatos sofisticados até fresagem de componentes rotacionados com precisão, ou ambos, nossos serviços completos de torneamento e fresagem CNC estão à sua disposição.

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