A usinagem CNC, como método de fabricação avançado, é amplamente utilizada nas indústrias aeroespacial, naval e eletrônica para a produção de peças complexas e de alta precisão. Na usinagem CNC, o processo desde o desenho de uma peça até a produção de uma peça acabada qualificada é uma sequência de etapas complexa e totalmente integrada. Se algum elo desta cadeia encontrar um problema, todo o processo de usinagem será interrompido.
Este artigo analisa alguns fatores-chave na usinagem CNC em três estágios, com base em exemplos específicos de usinagem, para melhorar a compreensão das operações CNC e fornecer orientação para a produção.
1. Estágio de Planejamento do Processo
A maioria das máquinas CNC não possui recursos integrados de planejamento de processos. O objetivo do planejamento de processos CNC é semelhante ao das máquinas convencionais; no entanto, como cada detalhe da usinagem CNC deve ser predeterminado e executado automaticamente, ela possui características próprias em comparação com a preparação do processo tradicional.
1.1 Configuração e troca de ferramentas
Na usinagem convencional, a relação de posição entre a ferramenta e a peça de trabalho é estabelecida manualmente usando ferramentas de medição e volantes. Se a posição da ferramenta estiver incorreta, o operador pode ajustá-la a qualquer momento.
Na usinagem CNC, no entanto, várias ferramentas são frequentemente usadas em uma única configuração. Os parâmetros de cada ferramenta devem ser inseridos no computador, o que estabelece a relação ferramenta-peça por meio de transformações de coordenadas. Ao contrário da usinagem convencional - onde a configuração da ferramenta não é considerada um fator importante - a usinagem CNC requer uma configuração precisa da ferramenta antes da execução do programa, ou podem ocorrer consequências graves.
As trocas de ferramentas na usinagem convencional geralmente são baseadas na sensação do operador, mas na usinagem CNC, a posição de troca da ferramenta deve ser cuidadosamente considerada para evitar colisões.
1.2 Seleção do método de fixação
Como cada fixação na usinagem CNC requer a reconfiguração das ferramentas, várias configurações aumentarão muito o tempo de usinagem auxiliar e reduzirão a eficiência, enquanto subutilizam os recursos da máquina CNC. Portanto, é preferível usinar todas as superfícies necessárias em uma única fixação, aproveitando totalmente o potencial da máquina CNC.
Exemplo:
- Equipamento:Centro de usinagem CNC Schaublin
- Ferramentas:(1) Ferramenta de torneamento de desbaste, (2) Ferramenta de torneamento de acabamento, (3) Ferramenta de ranhura de desbaste, (4) Ferramenta de ranhura de acabamento, (5) Broca central, (6) Broca, (7) Ferramenta de mandrilamento, (8) Ferramenta de corte
- Dispositivo elétrico:Mandril pneumático de três mandíbulas
Com a usinagem CNC, o processo acima pode ser concluído em uma única fixação, enquanto a usinagem convencional normalmente exigiria quatro.
1.3 Projeto de ferramentas
Em comparação com a usinagem convencional, as ferramentas CNC têm as seguintes características:
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Simplificação do design da ferramenta
Por exemplo, ao processar uma superfície de peça (como mostrado na Fig. 2), a usinagem convencional exigiria uma ferramenta de forma de dois gumes para garantir a precisão posicional e dimensional. As máquinas CNC, no entanto, podem controlar com precisão as posições das ferramentas, permitindo o uso de ferramentas de um gume. Uma ferramenta de ranhura de aresta única especialmente projetada concluiu com sucesso a usinagem. -
Projeto de ferramentas especiais
Embora a usinagem CNC simplifique alguns projetos de ferramentas, muitas vezes requer ferramentas especiais para peças difíceis ou impossíveis de usinar em equipamentos convencionais. Por exemplo, a usinagem de uma superfície curva contínua (Fig. 3) pode exigir uma ferramenta personalizada, considerando a composição da superfície, o caminho da ferramenta, o raio mínimo, as transições convexas/côncavas e a interferência potencial. Como a usinagem de superfície curva é uma tendência importante no CNC, três projetos de ferramentas foram desenvolvidos para esse fim (Figs. 4–6), com as Figs. 4 e 5 fabricadas e testadas com sucesso, obtendo resultados de usinagem contínua.
2. Estágio de processamento matemático
2.1 Trabalho de cálculo
O sistema de coordenadas nos desenhos de peças geralmente difere daquele usado em programas de usinagem, exigindo conversão. Além disso, as dimensões fornecidas nos desenhos podem não corresponder aos requisitos do programa, portanto, as coordenadas necessárias devem ser calculadas de acordo com as características da máquina.
Para superfícies complexas compostas de linhas e arcos, os cálculos devem incluir pontos de início/fim de linha, pontos de início/fim de arco e coordenadas de centro de arco.
2.2 Análise do caminho do centro de ferramentas
A maioria dos sistemas CNC modernos possui funções de compensação de fresa que permitem a programação diretamente do contorno da peça. No entanto, em alguns casos especiais, particularmente na usinagem contínua de superfícies, pode ocorrer interferência ferramenta-peça, tornando a compensação inutilizável. Nesses casos, o caminho do centro da ferramenta deve ser analisado manualmente.
Exemplo:
- Equipamento:Centro de usinagem Schaublin
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Caminho de uma ferramenta semicircular
A análise do movimento da ferramenta e do caminho de corte mostra que o caminho do centro da ferramenta corresponde a uma curva contínua composta por segmentos paralelos, círculos concêntricos e círculos excêntricos em relação ao contorno da peça (Fig. 7). -
Caminho de uma ferramenta de arco duplo
A análise é a mesma da ferramenta semicircular. Os pontos de caminho do centro da ferramenta são mostrados na Fig. 8.
3. Estágio de programação
Um programa CNC é a única "linguagem" que uma máquina CNC pode entender, enviando comandos passo a passo para controlar todas as operações. A qualidade do programa afeta diretamente a precisão e a eficiência da usinagem. Isso requer não apenas uma compreensão completa do desempenho da máquina e de cada etapa da usinagem, mas também prática contínua para melhorar as habilidades de programação.
3.1 Uso eficaz de programas integrados
As máquinas CNC modernas são cada vez mais poderosas em funções mecânicas e de software. Muitos sistemas vêm com programas de usinagem integrados maduros para operações comuns. Selecionar e aplicar esses programas integrados de forma eficaz é uma parte importante do trabalho de programação.
3.2 Gerenciamento de programas
Os programas de usinagem - criados a partir de dados de percurso e coordenadas processadas usando códigos CNC específicos - são documentos técnicos valiosos que contêm métodos e técnicas de usinagem e até mesmo refletem o nível técnico de uma oficina. Eles devem ser cuidadosamente armazenados e arquivados.
Os programas usados com frequência são frequentemente armazenados no sistema de controle CNC, com os nomes das peças registrados. Os programas usados com menos frequência devem ser documentados por escrito, com notas adicionadas para possíveis áreas problemáticas para auxiliar no uso futuro.
3.3 Usando a programação paramétrica para resolver problemas práticos
Exemplo:
- Parte:Furo interno com uma superfície inferior em forma de arco
- Máquina:Torno de precisão CNC Shanghai
Na usinagem de arco geral, o ciclo fixo G66 é frequentemente usado (Fig. 9). No entanto, na prática, a força fraca da ponta da ferramenta pode levar a uma vida útil ruim quando a ferramenta é submetida a forças bidirecionais em cantos agudos. A análise do processo sugeriu um caminho de ferramenta alternativo (Fig. 10).
A programação direta para esse caminho exigiria o recálculo das coordenadas da ferramenta para cada passagem, o que é demorado, especialmente quando várias passagens superficiais são necessárias devido à baixa rigidez da ferramenta. Em vez disso, foi utilizada a programação paramétrica, permitindo o ajuste rápido da profundidade de corte sem recalcular todas as coordenadas, resolvendo efetivamente o problema de usinagem.
Conclusão
A análise dos principais fatores na usinagem CNC fornece uma base prática para melhorar as taxas de utilização da máquina CNC. A aplicação desses insights pode garantir efetivamente a precisão da usinagem e obter resultados de alta qualidade.
