Fresamento de formas complexas com ajuste dinâmico da rotação e da velocidade de avanço

Abstract

O fresamento de formas complexas é um dos principais processos de fabricação visto sua versatilidade para a produção de diferentes geometrias e está presente nas indústrias automotiva, aeroespacial e de moldes e matrizes, dentre outros. A sua aplicação é especialmente significativa nas operações de acabamento, nas quais deve atender aos altos requisitos de qualidade da peça e por isso representa o maior tempo de execução. Por este motivo, esta operação deve ser particularmente controlada e otimizada a fim de aliar a qualidade exigida com a produtividade necessária. Neste contexto, o sistema CAMSpeed foi previamente desenvolvido para realizar o ajuste dinâmico da rotação da ferramenta e velocidade de avanço com o propósito de manter a velocidade de corte efetiva próxima à nominal e o avanço por gume constante. Os resultados obtidos em trabalhos anteriores evidenciam a melhor qualidade da superfície e a redução do tempo de usinagem com a aplicação deste sistema. Contudo, não foi avaliado nestes estudos precedentes de que forma a modificação dos parâmetros de corte realizada pelo sistema atua sobre a vibração forçada do processo, o desgaste da ferramenta e o erro de forma da peça. Além disto, o método de cálculo utilizado pelo sistema CAMSpeed não considera o contato real ferramenta-peça, por este motivo o seu desempenho quanto à adequação da faixa de velocidade de corte efetiva deve ser examinado. Portanto, este trabalho analisa o contato tridimensional ferramenta-peça, a ocorrência de vibrações forçadas, o desgaste das ferramentas e a precisão dimensional no fresamento de formas complexas com o sistema CAMSpeed. Os resultados obtidos demonstram que o método de cálculo aplicado pelo sistema tem eficiência satisfatória e que sua aplicação não introduziu a vibração forçada no processo. Foi possível observar uma tendência à diminuição do desgaste da ferramenta e uma redução estatisticamente significativa de 5,7% no erro de forma da peça usinada com a aplicação do sistema. Identificou-se também que o sistema foi capaz de reduzir a extensão da região de modificação do gume, causada por esforço mecânico, em 19,1% através da velocidade de corte efetiva mais próxima à nominal na região central da ferramenta.

Abstract: The milling of complex shapes is one of the main manufacturing processes due to its versatility for the production of different geometries and is present in the automotive, aerospace, and mold and die industries, among others. Its application is especially significant in finishing operations, in which it must meet the high-quality requirements of the part and therefore represents the longest execution time. For this reason, this operation must be particularly controlled and optimized to combine the required quality with the necessary productivity. In this context, the CAMSpeed system was previously developed to perform the dynamic adjustment of the tool rotation and feed rate in order to maintain the effective cutting speed close to the nominal and the feed per tooth constant. The results obtained in previous works show the best surface quality and a reduction in machining time with the application of this system. However, it was not evaluated in these previous studies how the modification of the cutting parameters carried out by the system acts on the forced vibration of the process, tool wear and shape error of the part. Furthermore, the calculation method used by the CAMSpeed system does not consider the real tool-piece contact, for this reason its performance regarding the adequacy of the effective cutting speed range must be examined. Therefore, this work analyzes the three-dimensional tool-part contact, the occurrence of forced vibrations, tool wear and dimensional accuracy when milling complex shapes with the CAMSpeed system. The results obtained demonstrate that the calculation method applied by the system has satisfactory efficiency and that its application did not introduce forced vibration in the process. It was possible to observe a tendency to reduce tool wear and a statistically significant reduction of 5,7% in the form error of the machined part with the application of the system. It was also identified that the system was able to reduce the length of the cutting edge modification region, caused by mechanical stress, in 19.1% through the effective cutting speed closest to the nominal in the tip region of the tool.