Estudo do consumo de energia elétrica no fresamento de formas complexas em diferentes condições de usinagem

Abstract

O estudo do consumo de energia elétrica durante a usinagem é relevante para: (a) obter o custo final de um lote de peças; (b) reduzir a potência elétrica consumida pela máquina-ferramenta durante a usinagem; (c) monitorar a vida da ferramenta. As estratégias de usinagem influenciam o consumo de energia elétrica da máquina e o tempo de usinagem. No presente trabalho efetua-se inicialmente uma revisão bibliográfica dos trabalhos realizados sobre a usinagem (fresamento) de superfícies com diferentes geometrias e o consumo de energia elétrica durante a usinagem. Poucos trabalhos foram encontrados na literatura que investigaram a influência de estratégias de fresamento no consumo de energia elétrica na usinagem de superfícies. Os parâmetros velocidade de corte, profundidade de corte e avanço influenciam o consumo de potência elétrica durante a usinagem nas diferentes estratégias, e buscou-se nesta pesquisa avaliar essa influência. Foi utilizada uma fresa de topo reto para o desbaste, o qual foi realizado em 2,5D. Para o acabamento foi utilizada uma fresa de topo esférico nas diferentes estratégias de usinagem, em corpos de prova com diferentes superfícies. As estratégias consideradas no acabamento foram zigue, ziguezague, ziguezague concêntrico e paralelo ao contorno. A variável disponível do CNC Fanuc chamada de carga S1 mostrou que é possível identificar o desgaste em condições mais severas de usinagem como o desbaste, mas não é sensível para condições de acabamento. O sinal de corrente do eixo árvore obtido com o sensor de potência demonstrou ser sensível para identificar diferentes condições de usinagem e também o nível de desgaste da ferramenta de corte no desbaste. Como parâmetro de saída na superfície da peça foi considerada a rugosidade média Ra e a potência elétrica consumida em cada caso. As estratégias foram geradas usando-se o software comercial NX, e os ensaios foram feitos utilizando-se uma fresadora CNC Romi de 4 eixos. Testes de usinagem sem corte também foram realizados para obter a energia elétrica gerada por outros dispositivos presentes na máquina.

Abstract: The study of electrical energy consumption during machining is relevant to: (a) obtain the final cost of a batch of parts; (b) reduce the electrical power consumed by the machine tool during machining; (c) monitor tool life. The machining strategies influence the electrical power consumption of the machine and the machining time. In the present work, a literature survey is initially carried out on the machining (milling) of surfaces with different geometries and the consumption of electrical energy during machining. Few works were found in the literature that investigated the influence of milling strategies on the consumption of electrical energy in the machining of surfaces. The cutting speed, cutting depth and feed parameters influence the consumption of electrical energy during machining in the different strategies, and this research sought to evaluate this influence. An end mill was used for roughing, which was performed in 2.5D axes. For finishing, a ball-nose end mill was used in different strategies to machine parts with different surfaces. The strategies considered in finishing were zig, zigzag, concentric zigzag and parallel to the contour. The variable available from the CNC Fanuc called load S1 showed that it is possible to identify wear in more severe machining conditions such as roughing, but it is not sensitive for finishing conditions. The spindle current signal obtained with the power sensor proved to be sensitive to identify different machining conditions and also the wear level of the cutting tool in roughing. As an output parameter on the surface of the part, the average roughness Ra and the electrical power consumed in each case were considered. Strategies were generated using the commercial software NX, and tests were performed using a 4-axis Romi CNC milling machine. No-cutting machining tests were also carried out in order to obtain the electrical power generated by other devices present in the machine.