Calculadora de rotação do fuso

Uma calculadora de rotação do fuso encontra a velocidade de rotação, em rotações por minuto (RPM), na qual o fuso de uma máquina-ferramenta precisa girar para uma determinada velocidade de corte e um determinado diâmetro de ferramenta. Os operadores a usam para configurar fresadoras, tornos, furadeiras de bancada e máquinas CNC antes do corte.

O que é a rotação do fuso?

A rotação do fuso é a rapidez com que o fuso gira, medida em RPM. O fuso é o eixo giratório que segura a ferramenta de corte (na fresagem e na furação) ou a peça (no torneamento). Girar o fuso rápido ou devagar demais pode desgastar a ferramenta depressa, queimar o material ou deixar a superfície áspera.

A rotação correta do fuso depende de duas coisas: a rapidez com que o gume da ferramenta deve se mover pelo material (a velocidade de corte) e a largura da ferramenta ou da peça (o diâmetro).

Fórmula da rotação do fuso

$\text{Rotação do fuso (RPM)} = \frac{\text{Velocidade de corte} \times 1000}{\pi \times \text{Diâmetro da ferramenta}}$

• Velocidade de corte é a velocidade do gume de corte em relação ao material, em metros por minuto (m/min). Ela depende do material cortado e do material da ferramenta.
• Diâmetro da ferramenta é o diâmetro da ferramenta de corte em milímetros (mm). No torneamento, é o diâmetro da peça.
• O fator 1000 converte metros em milímetros para que as unidades coincidam. Em unidades de polegada, a mesma regra se escreve como N = 12 V ÷ (π D), com V em pés de superfície por minuto e D em polegadas.
• π (pi) é cerca de 3,14159. Ele aparece porque o gume da ferramenta traça um círculo a cada rotação, e a circunferência desse círculo é π vezes o diâmetro.

Uma ferramenta mais larga percorre mais distância a cada volta, por isso precisa de menos voltas por minuto para atingir a mesma velocidade de corte. Uma ferramenta mais estreita precisa de mais voltas por minuto.

Como calcular a rotação do fuso

1. Encontre a velocidade de corte recomendada para o material e a ferramenta em uso, em m/min. Os fornecedores de ferramentas e de materiais publicam esses valores.
2. Meça o diâmetro da ferramenta (ou o diâmetro da peça, no torneamento) em mm.
3. Multiplique a velocidade de corte por 1000.
4. Multiplique o diâmetro da ferramenta por π (cerca de 3,14159).
5. Divida o primeiro resultado pelo segundo. A resposta é a rotação do fuso em RPM.

Exemplo

Um operador está fresando aço de baixo carbono com uma fresa de topo de aço rápido (HSS) de 10 mm. Uma velocidade de corte de cerca de 30 m/min (100 pés de superfície por minuto) é uma escolha conservadora para essa combinação.

$\text{RPM} = \frac{30 \times 1000}{\pi \times 10} = \frac{30{,}000}{31.42} \approx 954.9 \text{ RPM}$

O operador ajusta o fuso para aproximadamente 955 RPM.

Rotações típicas do fuso por material

As velocidades de corte abaixo vêm das velocidades de superfície recomendadas para ferramentas HSS da Universidade da Flórida, convertidas de pés de superfície por minuto para metros por minuto. A universidade considera esses valores conservadores, escolhidos para uma oficina de ensino. Ela sugere multiplicá-los por 2,5 para ferramentas de metal duro. A coluna de RPM usa um diâmetro de ferramenta de 10 mm.

Metais mais macios e com maior condutividade térmica, como o alumínio, toleram velocidades de corte muito maiores do que metais mais duros ou sensíveis ao calor, como o titânio.

Por que o diâmetro da ferramenta importa

O diâmetro e a rotação do fuso são inversamente relacionados. Se o diâmetro da ferramenta dobra, a RPM necessária cai pela metade, porque o gume da ferramenta maior já percorre o dobro da distância por rotação. É por isso que uma broca pequena gira muito mais rápido que uma grande para cortar o mesmo material à mesma velocidade de corte.

Torneamento versus fresagem e furação

Na fresagem e na furação, o diâmetro usado na fórmula é o da ferramenta de corte em rotação. No torneamento, quem gira é a peça, e não a ferramenta, por isso se usa o diâmetro da peça. Como a peça costuma ficar mais estreita à medida que o material é removido, alguns tornos usam o controle de velocidade de corte constante para aumentar a RPM automaticamente à medida que o diâmetro diminui, mantendo constante a velocidade de corte.

Ajuste da rotação calculada

A fórmula dá um valor inicial. Os operadores costumam ajustá-lo por causa de:

• Estado da ferramenta. Uma ferramenta gasta ou cega pode exigir uma rotação menor.
• Rigidez da máquina. Uma máquina ou fixação menos rígida pode vibrar na rotação calculada e exigir uma menor.
• Refrigeração. Menos lubrificação pede uma rotação menor. O guia da oficina da Universidade da Flórida, por exemplo, reduz a rotação e o avanço para 60% quando o óleo é aplicado manualmente em vez de refrigerante em abundância.
• Rotações disponíveis. Máquinas mais antigas, com polias acionadas por correia, oferecem apenas algumas rotações fixas, de modo que o operador escolhe a rotação mais próxima que seja igual ou inferior ao valor calculado.

Girar o fuso rápido demais tende a desgastar ou quebrar a ferramenta e pode queimar a peça. Girá-lo devagar demais produz cavacos longos e fibrosos e um acabamento superficial ruim, pois a ferramenta esfrega em vez de cortar com limpeza.

Perguntas frequentes

O que é a rotação do fuso na usinagem? A rotação do fuso é a velocidade de rotação do fuso de uma máquina-ferramenta, em RPM. Ela define com que rapidez a ferramenta de corte ou a peça gira durante um corte.

Como calcular a rotação do fuso? Multiplique a velocidade de corte (em m/min) por 1000 e divida o resultado por π vezes o diâmetro da ferramenta (em mm). O resultado é a rotação do fuso em RPM.

Por que o diâmetro da ferramenta altera a rotação do fuso? Uma ferramenta de diâmetro maior percorre mais distância em uma volta. Para manter a mesma velocidade de corte no gume, ela precisa girar mais devagar que uma ferramenta menor.

O que acontece se a rotação do fuso for muito alta ou muito baixa? Uma rotação alta demais causa desgaste rápido e quebra da ferramenta e deixa a peça queimada ou descolorida. Uma rotação baixa demais causa má formação de cavacos, acabamento superficial áspero e corte mais lento.

A mesma fórmula serve para torneamento, fresagem e furação? Sim. A fórmula é a mesma para os três. Na fresagem e na furação, o diâmetro é o da ferramenta de corte. No torneamento, é o diâmetro da peça no ponto do corte.

Posso usar pés por minuto em vez de metros por minuto? A fórmula acima usa metros por minuto. Para converter pés por minuto em metros por minuto, multiplique por 0,3048, pois 1 pé (0,3 m) = 0,3048 metro.

Referências

1. University of Florida, Department of Mechanical and Aerospace Engineering. Speeds and Feeds. Laboratório de Projeto e Manufatura da UF — N = 12 V/(πD); velocidades de superfície HSS recomendadas por material; ×2,5 para metal duro; 60% quando o óleo é aplicado manualmente.
2. National Institute of Standards and Technology. NIST Guide to the SI, Appendix B.9: Factors for units listed by kind of quantity or field of science. NIST SP 811 Apêndice B.9 — 1 ft = 0,3048 m exatamente.