Com base na aplicação da tecnologia de usinagem CNC NX no estágio de usinagem de desbaste de blanks, este artigo analisa e compara as estratégias recém-introduzidas de "Fresamento Adaptativo" e "Fresamento de Cavidades". Ao combinar esses métodos com o processo de produção de peças típicas, as vantagens da programação são amplamente utilizadas para otimizar os métodos de desbaste, remover rapidamente a maior parte do excesso de material e melhorar a eficiência da usinagem.
A programação CNC é a tarefa fundamental na usinagem CNC. Determinar os estágios de usinagem e selecionar os métodos apropriados são etapas críticas no planejamento do processo antes da programação. Diferentes ambientes de usinagem e tolerâncias de material variadas exigem estratégias de usinagem personalizadas. Este estudo se concentra nas diferentes abordagens de desbaste do "Adaptive Milling" do NX 12.0.2 e nas estratégias clássicas de "Cavity Milling". Ao examinar sua aplicação na produção de uma peça representativa, os percursos de ferramentas e as eficiências de usinagem são comparados para resumir seus impactos distintos no processo de corte.
2. Estratégias de usinagem
2.1 Fresamento de Cavidades
O "Fresamento de cavidades" alcança o desbaste removendo material de camadas perpendiculares a um eixo fixo da ferramenta para moldar o contorno da peça. É um módulo de desbaste clássico da série NX, com as seguintes características:
- Para peças com superfícies 3D complexas e várias ilhas ou componentes de molde, o fresamento de cavidades pode realizar rapidamente o desbaste primário e secundário, desempenhando um papel fundamental na rápida remoção de material.
- Normalmente, uma fresa de topo de diâmetro específico (intercambiável) é usada, seguindo os contornos da peça ou os limites circundantes. Ao definir a profundidade da camada de corte e o espaçamento horizontal, o material é removido de maneira "pequena profundidade de corte, grande passo lateral". Ou seja, o corte radial (ae) é grande, o corte axial (ap) é pequeno e a espessura média do cavaco (hm) não é uniforme.
2.2 Fresamento Adaptativo
O recém-introduzido comando "Adaptive Milling" da NX 12.0.2 foi projetado para desbaste de alta velocidade e corte pesado. Ele remove o material das camadas perpendiculares a um eixo fixo usando uma estratégia de percurso adaptativo, com as seguintes características principais:
- Mais adequado para peças com variação significativa na tolerância de material da parede lateral, ilhas profundas de parede reta e cavidades com fundos planos, realizando desbaste camada por camada ao longo das paredes laterais.
- Normalmente, uma fresa de topo de tamanho apropriado é selecionada com base no material. Usando uma abordagem de "pequeno passo, grande profundidade de corte", o material é removido mantendo uma direção de avanço consistente da ferramenta e fresamento de subida convencional. Ou seja, o corte radial (ae) é pequeno, o corte axial (ap) é grande e a espessura média do cavaco (hm) permanece constante.
Assim, para peças em que ambas as estratégias são aplicáveis, dois programas CNC distintos podem ser criados para desbaste, cada um refletindo filosofias de usinagem fundamentalmente diferentes. O fresamento adaptativo maximiza o engate da ferramenta ao longo da aresta de corte para aumentar a profundidade e a eficiência do corte, enquanto o fresamento de cavidades depende de uma porcentagem do diâmetro da ferramenta. Para avaliar a melhoria da eficiência de produção trazida pelo Adaptive Milling, é apresentado um exemplo comparativo de usinagem.
3. Exemplo de aplicação
3.1 Recursos da peça
A Figura 1 mostra um tipo de componente de suporte para um conjunto aeroespacial (áreas semitransparentes indicam o espaço em branco). Material: liga de alumínio 7075, com requisitos de rugosidade superficial de Ra = 3,2 μm e rugosidade superficial local de Ra = 1,6 μm. As dimensões delimitadoras mínimas da peça são de 100 mm × 94,828 mm × 70 mm, usinadas a partir de espaços em branco cilíndricos de φ120 mm × 76 mm. O primeiro lote experimental consistiu em 30 peças simétricas.
Figura 1. Parte de suporte
A liga de alumínio 7075 é forte, dúctil e mecanicamente confiável, tornando-a comum em componentes aeroespaciais. As simulações do NX 12.0 mostram que a relação de volume entre a peça bruta e a acabada é de aproximadamente 7:1, com o desbaste consumindo a maior parte do tempo total de corte. As áreas de desbaste têm profundidades e larguras de corte significativas, tornando-as adequadas tanto para fresamento adaptativo quanto para fresamento de cavidades.
3.2 Plano de usinagem
A produção utiliza um centro de usinagem vertical de cinco eixos Aumate GS1000/5-T, que permite múltiplas operações sem alterar os acessórios. A máquina tem uma pequena estrutura de pórtico, mesa tipo berço, eixos lineares X, Y, Z, eixos rotativos A e C, velocidade máxima do fuso de 18.000 rpm e potência de acionamento de 40 kW.
Uma fresa de topo plano de liga de alumínio de três canais (16 mm de diâmetro, 95 mm de comprimento total, 40 mm de comprimento de corte, ângulo de hélice de 40°) é usada para desbaste, presa por uma pinça ER32 (JT40) com um comprimento de fixação ≤ 40 mm. A peça é fixada usando um mandril autocentrante e usinada em duas etapas, cada uma dividida em três etapas: desbaste → desbaste secundário (limpeza de canto local) → acabamento e usinagem de furos.
3.3 Processo de usinagem
Passo 1:Usinagem do corpo principal, cavidades circulares e vários furos, profundidade máxima de 57 mm.
O percurso de desbaste de fresamento de cavidades (Figura 2) usa principalmente a ponta da ferramenta, com grande passo radial e pequena profundidade de corte axial. A cobertura do percurso é ampla, com caminhos longos, múltiplas camadas axiais e retrações frequentes.
Figura 2. Análise do percurso de fresamento de cavidades
a) Percurso b) Simulação 3D
O percurso de desbaste de fresamento adaptativo (Figura 3) utiliza as arestas de corte laterais com um pequeno passo radial e grande profundidade de corte axial. A profundidade de corte pode atingir aproximadamente o dobro do diâmetro da ferramenta, principalmente usando fresamento de subida contínua ao longo das bordas laterais. Menos camadas axiais são necessárias, melhorando a estabilidade da usinagem, a vida útil da ferramenta e a capacidade de alta velocidade.
Figura 3. Análise de percurso de fresamento adaptativo
a) Percurso b) Simulação 3D
Passo 2:Peça invertida, usinagem de saliências superiores, inclinações, cavidades e furos, profundidade máxima de desbaste de 20 mm. A comparação do percurso (Figura 4) mostra:
Figura 4. Comparação do percurso de dois módulos de desbaste
a) Fresamento de cavidades b) Fresamento adaptativo
A análise mostra inclinações cônicas entre as camadas. O fresamento de cavidades continua o corte de camadas de cima para baixo, seguindo os contornos das peças para obter uma tolerância de semiacabamento uniforme. O fresamento adaptativo permite o corte "de baixo para cima", adicionando percursos de ferramenta entre camadas com pequenas mudanças de profundidade, reduzindo o material restante a uma distribuição mínima e uniforme - benéfico para um semiacabamento estável. A estratégia usina diretamente as superfícies do fundo e, em seguida, inclina-se, garantindo um caminho mais limpo e eficiente.
4. Efeitos abrangentes
4.1 Resultados experimentais
Os parâmetros de corte e as durações de usinagem para ambas as estratégias estão resumidos na Tabela 1.
Tabela de parâmetros de usinagem
| Velocidade do fuso | Taxa de alimentação | Passo 1 Corte | Corte em etapas | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Estratégia de usinagem | Especificações da fresa | nf (r/min) | vf (mm/min) | Parâmetros da etapa de corte | Tempo/min | Tempo/min |
| ET | $m (a,) | «Imm, GIA (a) = | ||||
| ABELHA NOM | Ms | 3500 | 85% do raio plano da ferramenta | = | . | |
| : Calcanhar em m, TK | HH (a,) + SVRITHERER 100%, | |||||
| Fresagem Adaptativa (mm) | ae | 5000 | fer (a,): TERRI IIB |
Tabela 1. Parâmetros de corte e duração
Os parâmetros de desbaste otimizados visam a máxima produtividade, respeitando as restrições de potência da máquina. O fresamento adaptativo e o fresamento de cavidades diferem devido a diferenças filosóficas.
A taxa de remoção de metal (Qmax) é calculada via Q = apaevf / 1000. Aqui, Fresamento de Cavidade Qmax = 47,6 cm³/min, Fresamento Adaptativo Qmax = 153,6 cm³/min — O Fresamento Adaptativo atinge aproximadamente três vezes a taxa de remoção. Tempo total de desbaste para 2 etapas: Fresamento de cavidades 33 min, Fresamento adaptativo 11 min, economia de 22 min por peça. A análise de desgaste da ferramenta mostra que as ferramentas de fresamento de cavidades exibem embotamento da ponta após 30 peças, enquanto as ferramentas de fresamento adaptativo permanecem afiadas devido à estabilidade aprimorada.
4.2 Análise Comparativa
Figura 5. Peça usinada
a) Durante a usinagem b) Após a usinagem
Fresamento de cavidades:
- O corte axial pequeno e o corte radial grande levam ao desgaste repetido da ponta. Os cavacos absorvem calor limitado, resultando em alta temperatura da ponta e desgaste acelerado.
- A espessura variável do cavaco e o grande engate radial produzem remoção irregular de material, altas forças de corte e usinagem instável, inadequada para corte em alta velocidade.
Fresamento adaptativo:
- O corte axial grande e o corte radial pequeno maximizam o uso da aresta da ferramenta, reduzem o desgaste da ponta e distribuem as forças de corte uniformemente. Lascas finas e longas transportam mais de 90% do calor, mantendo baixas temperaturas e reduzindo a deformação da peça.
- A espessura constante dos cavacos e a direção de avanço consistente resultam em um fresamento de subida suave e controlado camada por camada, com pequenos ângulos de engate e remoção uniforme de material. O corte de alta velocidade é possível com maior estabilidade e maior taxa de remoção de metal.
Em resumo, a estratégia de fresamento adaptativo do NX 12.0.2 em desbaste aumenta a estabilidade e a eficiência da produção.
O fresamento de cavidades é amplamente utilizado para desbaste de peças com paredes não retas ou fundos de cavidades planas/curvas, bem como acabamento de paredes rasas. O fresamento adaptativo é mais adequado para peças com grandes variações de tolerância de parede lateral, ilhas profundas de parede reta e cavidades de fundo plano.
Embora o fresamento de cavidades NX 12.0 seja abrangente, o fresamento adaptativo NX 12.0.2 oferece opções adicionais e otimizadas para desbaste sob condições específicas, melhorando a confiabilidade e a eficiência. A seleção adequada do Adaptive Milling pode alcançar uma produtividade significativamente maior, tornando-o altamente aplicável na usinagem CNC de vários componentes aeroespaciais.
