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Relatório de atividade prática sobre usinagem em centro de usinagem
Tipologia: Exercícios
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Não perca as partes importantes!
Santa Bárbara D’ Oeste – SP Maio / 2009
Ivan De Latorre Monfrinato RA: 0609248
Lucas Jacette RA: 0605667
Rubens da Silveira Lara Jr. RA: 0604413
PROFESSOR: Antonio Fernando Godoy
Relatório de Experimento apresentado para avaliação da Disciplina de Processos de Fabricação e Metrologia do 7º semestre, do Curso de Engenharia de Controle e Automação, da Universidade Metodista de Piracicaba sob orientação do Prof. Antônio Fernando Godoy.
Data da realização: 06/05/ Data da entrega: 20/05/
Santa Bárbara D’ Oeste – SP Maio / 2009
Essa prática foi realizada para se compreender o funcionamento de um Centro de Usinagem, obtendo conhecimentos técnicos sobre as operações realizadas pelo mesmo, acompanhando-se a usinagem das peças conforme a programação feita com base em desenhos. Além disso, foi possível conhecer algumas das ferramentas utilizadas nesta prática, bem como a seqüência de operações destacando o processo de confecção das peças, sem esquecer os cuidados com a segurança em se trabalhar com esses tipos de equipamentos. Essa prática também mostrou alguns dos recursos tecnológicos que o centro de usinagem disponibiliza para usinagem de geometrias mais complexas. Ainda foi visto as diferenças básicas entre um Centro de Usinagem e um Centro de Torneamento.
Ao se falar de usinagem a altas velocidades de corte, a pergunta que vem a tona é, como uma ferramenta, muitas vezes as mesmas dos processos convencionais, suporta tais condições de usinagem sem um grande desgaste da mesma. O processo de desgaste de uma ferramenta de corte é em grande parte influenciado pelo calor gerado durante corte, calor este que migra para a aresta de corte na região de contato ferramenta-peça. A energia despendida no trabalho realizado pela ferramenta é na sua maior parte transformada em calor, que por sua vez tende a ser removido pelo cavaco em aproximadamente 80%. Os 20% restantes vão para a peça e ferramenta. O conceito básico de um processo de corte mostra que a força necessária para cortar determinado material depende da secção do material a ser removida e da pressão de corte. Em usinagem convencional, temos que quanto maior a secção de material removida, maior será a força de corte, maior o trabalho realizado e maior a emergia despendida, gerando maior quantidade de calor. Na usinagem em altas velocidades, a ferramenta se desloca de forma muito rápida, porém removendo pequenas porções de material em cada passe realizado. Tem-se assim altos valores de velocidade de corte, altas taxas de avanço, porém baixos valores de profundidade de corte radiais e axiais, bem como baixas espessuras de cavaco. Desta forma, temos uma situação em que altas velocidades de corte tendem a aumentar o calor e as baixas profundidades e avanços de corte tendem a reduzir calor gerado, levando a um nível térmico suportável pela aresta de corte. Isso explica porque as mesmas ferramentas usadas nos processos convencionais podem ser utilizadas em HSC. Outro aspecto de extrema importância para a viabilização do processo diz respeito às fases de formação de alguns tipos de cavaco, que nesse tipo de processo é mais segmentada do que o processo convencional. Essas fases de formação se dividem em:
Primeira fase: No momento em que ocorre a constrição crítica de cisalhamento, observa-se, micrograficamente, o surgimento de trincas, as quais se desenvolvem seguindo o ataque da ferramenta. Segunda fase: Devido ao volume de cavaco existente entre a trinca e o chanfro da aresta, o mesmo é ejetado sem grandes deformações. Além disso, a temperatura na região de trabalho sofre uma elevação significativa devido à velocidade de deslizamento do cavaco. Terceira fase: Nesta etapa do processo, alguns fatores, como as grandes deformações plásticas e as altas velocidades de ejeção do cavaco, são observadas. O cavaco produzido é ejetado através de um canal extremamente reduzido existente na área de atuação da ferramenta. Quarta fase: Esta fase compreende a última etapa da formação do cavaco. Seu segmento característico é gerado em função da elevada deformação plástica existente. Segundo o autor Hamann, a velocidade de corte pode ser alterada através do agrupamento e da correlação entre três grandezas: coeficiente de atrito da face da ferramenta, transferência seletiva de camadas postiças (e arestas postiças) e regiões lubrificadas através de fluídos. Sob altas velocidades de corte, a lubrificação hidrodinâmica proporciona baixo atrito e reduzido desgaste da ferramenta. A importância da criação e da aplicação dos mecanismos citados é de suma importância para o processo de usinagem, visto que envolve todos os itens do processo. Hoje em dia, não há mais nenhuma dúvida com relação à eficácia econômica da usinagem com altíssima velocidade de corte. Desenvolvimentos posteriores para melhoria da vida útil da ferramenta de corte contribuirão substancialmente para o crescimento da aplicação da tecnologia HSC.
3.1 Materiais Utilizados
3.2 Método
Primeiramente foi apresentado o Centro de Usinagem, destacando a concepção de construção deste equipamento, verificando seu funcionamento através da execução de várias operações de usinagem. Para a realização da prática foi utilizado uma Máquina Ferramenta CNC ROMI – BRIDGEPORT, sendo esta uma Discovery 760. Foi esclarecido a diferença entre centro de usinagem e centro de torneamento, sendo o centro de usinagem uma máquina onde a peça se encontra fixa e a ferramenta é que rotaciona. Com relação a sua programação, verificou-se que a mesma pode ser feita de forma manual, ou através de um sistema CAD/CAM, onde a transferência de dados é feita através de rede, podendo assim gerar o comando numérico. Para essa interface homem-máquina, o centro de usinagem utiliza-se de um Siemens 810-D.
Figura 3.1 Centro de Usinagem utilizado na prática.
Figura 3.2 Interface Homem Máquina (Siemens 810-D).
Outras observações foram feitas sobre a máquina, verificando que a mesma possui um magazine de ferramentas (até 22 ferramentas) com “Spin” (local onde é fixada a ferramenta). Uma chaveta também é utilizada para tracionar a ferramenta, sendo o sistema constituído por um cartucho cheio de mola prato, que traciona o cilindro pneumático, puxando a pinça que suporta a chupeta. A troca de ferramenta é feita de forma automática, e sensores magnéticos traçam a referência para a máquina se localizar.
Figura 3.3 Magazine de Ferramentas. Figura 3.4^ Operação de troca de ferramenta.
Figura 3.7 Procedimento de zeramento da ferramenta nos 3 eixos de movimentação.
Com as ferramentas zeradas, foi realizada uma simulação de usinagem. Essa simulação consistia em rodar o programa, porém com uma distância relativamente grande em relação à peça que iria ser usinada. Após constatar que o programa estava operado corretamente, foi iniciado o processo de usinagem. A fresa de 88 mm foi utilizada para planificar a superfície de usinagem. A fresa de 25 mm foi utilizada para fazer um canto na peça. E a fresa de 8 mm foi utilizada para realização das cavidades retangular e cilíndrica.
Figura 3.8 Processo de usinagem sendo realizado.
Como resultado, obteve-se uma peça usinada de acordo com o processo. A figura abaixo mostra esse resultado.
Figura 4.1 Peça pronta.
6.1 Atualmente, a maioria dos processos de usinagem podem ser encontrados tanto na versão convencional como na versão CNC (tornos, fresadoras, retificas, entre outros). Porém, outros praticamente só existem na versão CNC. Neste sentido, explique o funcionamento dos Centros de Usinagem e dos Centros de Torneamento. Um centro de usinagem, nada mais é do que fresadoras às quais se juntaram outros sistemas mecânicos e eletrônicos, para se obter uma máquina mais versátil. O que difere um centro de usinagem de uma fresadora CNC é o fato de que o centro de usinagem possui o magazine. Todo centro de usinagem tem um dispositivo conhecido como magazine de ferramentas. O magazine tem a função de alojar certo número de ferramentas, o qual pode chegar a mais de uma centena. Para efetuar a troca de ferramenta que está no cabeçote por uma que se encontra no magazine, é necessário um mecanismo conhecido como Trocador Automático de Ferramentas (ATC). Os magazines e os ATCs possibilitam a troca automática da ferramenta e independência da máquina em relação à presença do operador. Um centro de usinagem pode fazer operações de fresamento, furação, mandrilamento, alargamento, rosqueamento, entre outras funções, eliminando-se o tempo gasto na preparação de várias máquinas e o transporte do produto ente elas. O centro de torneamento é algo bem distinto, e que não deve ser confundido em nenhum caso com o anterior. Um centro de torneamento é um torno de controle numérico a qual foi dada a possibilidade de realizar tanto as operações de torneamento (faceamento, furos, rosquear, desbaste, chanfros, recartilhar, mandrilar, broquear, perfilar, canais, torneamentos cônicos), quanto as mesmas operações de fresagem. Isto só é possível devido a uma incorporação de uma ou várias posições para ferramentas.
Em resumo, pode se dizer que em um centro de torneamento, hora a ferramenta que rotaciona (operações de fresamento), ou hora a peça é quem rotaciona (operações de torneamento).
6.2 Quais são os recursos tecnológicos (hardware/software) que o centro de usinagem da prática disponibiliza para usinagem de um molde com geometria relativamente simples? A programação de qualquer peça pode ser realizada de duas maneiras: programação manual ou computadorizada (CAM). A programação manual é indicada apenas para peças com poucos detalhes, visto que consome mais tempo e exige do operador um conhecimento específico em comandos CNC e trigonometria. A programação computadorizada é feita através do processamento do desenho 3D da peça, realizado por um software de CAM. Esse tipo de programação consome menor tempo para ser realizado, além de facilitar a programação de peças com elevado grau de detalhamento. Com esse tipo de software, é possível realizar uma simulação do processo, testando a possibilidade de colisão entre ferramenta e a peça, bem como o tempo necessário para a produção da peça.
6.3 A tecnologia atual possibilita uma série de recursos no que se refere ao sistema de programação CNC. Explique quais são os métodos usados para elaboração de um programa CNC e sua inserção na máquina-ferramenta. Atualmente, os métodos mais utilizados para elaboração de um programa CNC são os métodos manuais ou computadorizados. No método manual o operador vai bloco a bloco digitando o programa, tendo um recurso que no computador não tem, manualmente o operador tem vários tipos de ciclos furação, desbaste, canal, interpolação e vários outro dependendo lógico da máquina. No método computadorizado, o operador utiliza o CAM onde o software importa o desenho do CAD e a partir daí é indicado, para máquina, a superfície a
6.5 Qual o acabamento proporcionado pelo equipamento usado na prática? Comente sobre a exatidão e rigidez de um equipamento CNC. O acabamento proporcionado pelo equipamento é de excelente qualidade, independente da ferramenta utilizada, da velocidade de corte e do material usinado. Esses tipos de equipamentos CNC possuem uma grande exatidão, proporcionada pelos encoders de alta resolução presentes na máquina, motores elétricos controlados por inversores de freqüência, transmitindo sua força através de fusos de esfera recirculantes, bem como os comandos numéricos computadorizados, que controlam todos os movimentos realizados pela mesma. A rigidez de uma máquina CNC é derivada da precisão da estrutura, impossibilitando folgas em sua montagem; com isso permitindo uma maior rotação da ferramenta.
6.6 Que tipos de ferramenta (forma e material) podem ser usadas em Centros de Usinagem e de Torneamento. Em relação às formas das ferramentas, pode-se dizer que uma máquina CNC permite a utilização de qualquer tipo ferramenta, atentando para o uso do suporte adequado para as mesmas. Dentre essas ferramentas, podemos citar: fresas de topo, brocas, machos, alargadores, fresas esféricas, ferramenta de mandrilar, fresas de topo intercambiáveis, entre outras. Já em relação aos materiais utilizados nessas ferramentas, podemos citar: o aço rápido, aço rápido revestido de metal duro, metal duro, pastilhas de cerâmica ou diamante, pastilhas intercambiáveis de metal duro, entre outras.
O centro de usinagem produz peças nas mais diversas formas, através da utilização de ferramentas de fresamento, furação, rosqueamento, desbaste e várias outras. A interpolação dos movimentos X e Y da mesa da máquina, combinado ao movimento do eixo Z do cabeçote da ferramenta, produz peças em perfis planos, circulares, em arco, faceados ou combinação destes. Este equipamento é o complemento perfeito para um torno CNC, visto que o torno usina apenas peças circulares. Já no centro de usinagem, a peça está fixa na mesa da máquina, realizando movimentos lineares em X e Y, enquanto a ferramenta efetua revolução para proporcionar a retirada de material, possibilitando a produção de peças em geometrias regulares e irregulares. Semelhantemente às maquinas convencionais, um centro de usinagem pode utilizar ferramentas de aço rápido, aço revestido com metal duro, metal duro, pastilhas intercambiáveis de metal duro, pastilhas cerâmicas, dentre outras. Os programas CNC utilizados na usinagem podem ser gerados manualmente pelo operador, ou ainda através do uso de softwares CAM, o que possibilita a redução do tempo de programação, preparação e operação do processo, reduzindo custos para produções em larga escala.
