Compreendendo a precisão e a repetibilidade da máquina CNC

Eu defino a precisão de uma máquina-ferramenta CNC como a precisão com que seus eixos podem seguir os caminhos pretendidos para os pontos finais comandados sob carga. Eu defino sua repetibilidade como a precisão com que ele pode duplicar movimentos comandados (novamente, sob carga) durante vários ciclos ao longo do dia.

Estas são definições para precisão dinâmica e repetibilidade. Eles provavelmente variam de acordo com as especificações do fabricante da máquina. As especificações do construtor geralmente indicam precisão estática e repetibilidade; ou seja, a máquina não está em ciclo realizando operações de usinagem quando as medições relacionadas são feitas.

Para ser justo com os fabricantes de máquinas, a precisão dinâmica e a repetibilidade variam com a quantidade de tensão exercida nos componentes da máquina. Quanto maior a tensão, mais difícil é manter a precisão e a repetibilidade. Isso torna impossível para os fabricantes de máquinas fornecer, muito menos garantia, especificações dinâmicas de precisão e repetibilidade. Existem simplesmente muitas variáveis.

Dito isso, os fabricantes de máquinas devem ser capazes de estabelecer se suas máquinas podem atingir os requisitos de precisão/repetibilidade para sua aplicação específica. Eles devem estar dispostos a garantir tanto se você pedir a eles antes de comprar uma nova máquina-ferramenta.

Certos fatores relacionados à precisão estão além do controle do usuário do CNC quando a máquina é instalada. Esses incluem:

Construção da máquina

• Ele deve ser capaz de realizar as operações de usinagem mais poderosas em sua aplicação sem deflexão excessiva de seus componentes de suporte.

O sistema de feedback

• As escalas lineares monitoram diretamente a posição do componente móvel para um eixo. Ao contrário dos encoders rotativos, eles não são altamente dependentes da integridade dos componentes do sistema de eixos (sistemas de vias, fusos de esferas e acopladores).

Outros fatores relacionados à precisão são de responsabilidade do usuário da máquina. Esses incluem:

Calibração da máquina-ferramenta

• Os fabricantes de máquinas calibram inicialmente as compensações de erro de inclinação e folga, mas para manter a precisão, os usuários finais devem repetir essas calibrações em intervalos regulares durante a vida útil da máquina.

Ambiente

• As máquinas-ferramentas devem ser colocadas em um ambiente de trabalho estável que minimize as variações de temperatura e umidade do ambiente.

Garantir que a instalação de uma máquina possa fornecer precisão dinâmica adequada para sua aplicação – e mantê-la adequadamente mantida – é apenas metade da questão de produzir componentes consistentes e aceitáveis. Você também deve confirmar se a máquina pode repetir com precisão desde a primeira peça de trabalho até a última – hora após hora, dia após dia – mesmo quando os componentes da máquina aquecem após períodos ociosos.

Uma importante questão relacionada à repetibilidade ligada ao projeto da máquina é a variação térmica dos componentes móveis. As principais preocupações são os sistemas de fuso e caminho da máquina, porque eles têm o maior impacto nas superfícies usinadas. À medida que esses componentes aquecem, eles crescem. À medida que esfriam, eles encolhem. Isso torna difícil – talvez impossível – manter o tamanho em superfícies críticas e de tolerância apertada durante o período de aquecimento da máquina.

Os construtores de máquinas fazem um grande esforço para minimizar as mudanças térmicas nos componentes da máquina (resfriando o fuso e/ou sistemas de passagem, por exemplo). Além disso, eles incorporam métodos de projeto que minimizam o impacto da variação térmica na repetibilidade. Com centros de torneamento CNC, por exemplo, o cabeçote pode ficar perpendicular à mesa. À medida que aquece, apenas a altura da aresta da ferramenta de corte muda. Isso minimiza a quantidade de variação do diâmetro usinado de peça para peça à medida que a máquina aquece.

Ao comprar qualquer nova máquina CNC, você deve entender como o construtor lida com a variação térmica. Mais importante, você deve confirmar que as variações da superfície usinada causadas pelo crescimento térmico durante o aquecimento não excederão as tolerâncias. Caso contrário, você pode ter uma surpresa de perda de produtividade ao descobrir que sua nova máquina deve funcionar por um período de aquecimento antes de poder ser usada na produção.

Alguns dos problemas de repetibilidade mais graves não têm nada a ver com o projeto da máquina. Em vez disso, eles são influenciados pela aplicação da máquina. Variações de qualquer tipo—durante uma execução de produção ou de um trabalho para outro—podem afetar a repetibilidade. Coisas que mudam de ciclo para ciclo causarão a necessidade de um ajuste demorado. Se a variação for grande o suficiente, pode resultar em sucata.

Quais são exemplos de variações?

Exemplos de variações durante uma execução de produção incluem:

• Desgaste da ferramenta. À medida que as arestas de corte se desgastam, as superfícies usinadas variam. As superfícies externas crescem enquanto as internas encolhem.

• Substituição de ferramenta maçante. Quando as ferramentas de corte cegas são substituídas, é necessário extremo cuidado para garantir que a(s) aresta(s) de corte não variem de sua(s) posição(ões) predeterminada(s).

De um momento em que um trabalho é executado para o próximo incluem:

• Configuração da estrutura de trabalho. Muitos fatores afetam a estabilidade da peça (colocação/alinhamento do dispositivo de fixação, localização do grampo e força aplicada e atribuição do zero do programa, por exemplo).

• Montagem da ferramenta de corte, medição e entrada de deslocamento. As variações de componentes e montagens resultam em variações de rigidez que podem levar a problemas de usinagem.

• Condição da máquina. As variações causadas por contratempos e o descaso com a manutenção preventiva podem resultar em problemas de dimensionamento com trabalhos executados com sucesso no passado.