Desenvolvimento de modelo cinemático dos centros de usinagem CNC para previsão do tempo de fresamento de formas complexas com interpolação linear

Abstract

O processo de usinagem por fresamento é altamente empregado na produção de peças para o setor aeronáutico, automotivo e de moldes e matrizes. Quando este processo é aplicado para a fabricação de formas complexas, os centros de usinagem CNC (Comando Numérico Computadorizado) aplicados nestas operações apresentam limitações na velocidade de movimentação que prejudicam a produtividade e o planejamento da produção. Conhecer o tempo real de fresamento poderia resultar em um grande aumento da eficiência da produção e melhorar a análise de custos do processo. Diversos autores desenvolveram métodos para previsão do tempo de fresamento. Porém, nenhum método abordou todos os aspectos da trajetória com segmentos lineares (combinação dos deslocamentos por eixo em segmentos consecutivos) e do centro de usinagem CNC (limitações cinemáticas de processamento) de forma aplicável à indústria. Desta forma, este trabalho visa desenvolver um modelo cinemático para fresamento de formas complexas que aborde todos os aspectos citados. Além disso, o modelo desenvolvido é ajustado através de experimentos simples, sem a necessidade de sensoriamento do centro de usinagem CNC. Testes de validação com geometrias complexas indicam a eficácia do modelo, sendo que o mesmo apresentou erro relativo médio de 15,21%. Este valor representa um aumento da precisão de quatro vezes em relação aos modelos anteriores encontrados na literatura.

The milling process is highly used in the production of parts for the aeronautics, automotive and mold and die sectors. When this process is applied to the manufacturing of complex shapes, the CNC (Computer Numerical Control) machining centers applied in these operations shows some limitations in the speed of movement that might affect the productivity and production planning. Knowing the actual milling time could result in a highly increased production efficiency and improved process cost analysis. Several authors have developed methods to predicting the milling time. However, none method has addressed all aspects of the trajectory with linear segments (combination of axis displacement in consecutive segments) and the CNC machining center (kinematic and processing constraints) applied on the industry. In this way, this work aims to develop a kinematic model for milling complex shapes that approach all the mentioned aspects. In addition, the developed model is adjusted through simple experiments, without the need of monitoring the CNC machining center. Validation tests with complex geometries indicate the effectiveness of the model, because it presented average relative error of 15.21%. This value represents a fourfold increase in accuracy over previous models found in the literature.