Diversão de fixação de cinco eixos

Conheça "Thunderdome". O tempo total do ciclo para concluir a usinagem das 27 peças contornadas fixadas neste acessório personalizado em uma máquina de cinco eixos é de seis horas. (Créditos da foto:Powill Manufacturing and Engineering)

Às vezes você precisa se divertir um pouco em nosso mundo às vezes sério demais de usinagem de peças de precisão.

Caso em questão:“Thunderdome”.

Thunderdome é o nome dado ao acessório personalizado em forma de cúpula criado pela Powill Manufacturing and Engineering, um dos vários acessórios fabricados desde a compra de sua primeira máquina de cinco eixos em 2011 para melhor usar os componentes B e Mesas rotativas de eixo C.

Inicialmente, porém, a oficina de Phoenix, Arizona, usava tirantes para levantar peças presas em tornos convencionais e mandris de três garras para cima e para longe da superfície da mesa do eixo C de quase 20 polegadas de diâmetro da máquina para fornecer o fuso e a ferramenta com melhor acesso a essas partes quando eles foram orientados em ângulos estranhos. Em seguida, começou a usar dispositivos de fixação comercialmente disponíveis projetados especificamente para máquinas de cinco eixos, que prendem pequenos perfis de cauda de andorinha usinados na parte inferior das peças em bruto. Esses acessórios em cauda de andorinha fornecem força de retenção suficiente para cortes pesados, bem como ampla folga ao redor da peça. A loja ainda os usa hoje.

Em alguns casos, no entanto, mesmo esses dispositivos não são o suporte de trabalho mais eficaz para a máquina de cinco eixos.

A Powill percebeu o valor que os acessórios personalizados projetados e fabricados internamente oferecem para determinados trabalhos, principalmente aqueles que envolvem tolerâncias de posição real e/ou tamanhos de lote grandes. Para este último, a oficina tenta criar acessórios que possam conter várias peças para maximizar o tempo de atividade do fuso, bem como o tempo de usinagem autônoma. Outros acessórios personalizados seguram peças que são altamente contornadas ou que não podem ser seguradas de forma eficaz usando dispositivos convencionais de fixação. A liderança da fábrica sente que esses aplicativos justificam o tempo e o custo necessários para desenvolver esses dispositivos de fixação de trabalho únicos.

A Powill fez uma variedade de acessórios personalizados para sua máquina de cinco eixos. Este artigo destaca dois. O primeiro é o Thunderdome, que contém 27 peças e foi dedicado a um trabalho complexo e de alto volume. O segundo é um acessório de quatro postes que contém quatro partes ao mesmo tempo. As interfaces comuns de fixação em cauda de andorinha maximizaram o retorno do investimento neste acessório, tornando-o útil para diferentes trabalhos ou famílias de peças.

A forma em forma de cúpula deste acessório permitiu que a oficina prendesse todas as 27 peças de uma só vez, além de fornecer espaço para ferramentas de corte e o fuso da máquina.

Incursão em cinco eixos

A Powill — que atende principalmente as indústrias aeroespacial comercial e militar — possui máquinas CNC, incluindo centros de usinagem vertical (VMCs); centros de usinagem horizontais (HMCs); um torno de torneamento vertical de mesa de 40 polegadas (VTL); tornos multitarefa; e máquinas de moagem, brunimento e perfuração de canhão. Uma alta porcentagem de seus negócios é do tipo job shop, embora tenha alguns contratos repetidos.

Kevin Wolfe é o gerente geral da empresa. Wolfe diz que a principal razão pela qual a fábrica adicionou seu NMV5000 de cinco eixos da DMG MORI foi reduzir as configurações, permitindo que o fuso acessasse cinco lados de uma peça em uma fixação. Isso é comumente conhecido como usinagem 3+2. A oficina também foi atraída para a capacidade total de contorno de cinco eixos, embora apenas uma parte das peças que passam por essa máquina exija essa técnica.

Ele diz que outra característica que atraiu a loja foi a rigidez do projeto mesa-em-mesa dos eixos B e C do NMV5000. A máquina fornece rotação do eixo B de +160 a -180 graus e 360 ​​graus de rotação do eixo C, e a capacidade máxima de carga da mesa é de 661 libras. Ele também apresenta um design mais aberto do que as mesas de munhão que suportam a mesa do eixo C em dois locais, e as peças podem ser viradas de cabeça para baixo para acessar recursos próximos à sua base. Nesse caso, os cavacos caem inofensivamente em vez de serem recortados, o que pode reduzir a vida útil da ferramenta e prejudicar o acabamento da superfície. A capacidade de posicionar peças em ângulos estranhos permite o uso de ferramentas mais curtas e rígidas que também podem realizar cortes mais agressivos.

A máquina veio com um assento do software Esprit Cam CAD/CAM. Embora o aprendizado desse novo software tenha demorado, a simulação do programa de peças provou ser valiosa. O software foi pré-carregado com um modelo CAD da máquina NMV5000 e todos os seus componentes móveis primários. Para simular operações de usinagem para um trabalho, os programadores CAD/CAM simplesmente adicionam modelos CAD dos dispositivos de fixação e da peça ao modelo da máquina. A simulação da operação identifica possíveis pontos de interferência entre fuso, fresas, acessórios ou peças, para que esses problemas possam ser corrigidos antes de executar o trabalho na máquina.

Outro recurso útil de programação de cinco eixos é o Fresamento Composto de cinco eixos, que fornece vários padrões de usinagem e orientações de eixo da ferramenta para controlar todos os eixos simultaneamente para peças complexas. Os caminhos da ferramenta ProfitMilling são particularmente úteis para desbaste no eixo Z de pisos cilíndricos, acrescenta Wolfe. Essa estratégia foi projetada para melhorar a vida útil da ferramenta e o tempo de ciclo, otimizando os ângulos de engate da ferramenta e as cargas de cavacos.

O software CAD/CAM que veio com a máquina de cinco eixos da oficina foi carregado com um modelo CAD daquela máquina específica. Os programadores podem adicionar facilmente modelos CAD de acessórios e peças para realizar a simulação do programa de peças para garantir que não haja falhas ou interferências com peças orientadas em ângulos estranhos.

A caminho do Thunderdome

Um trabalho com um tamanho de lote de 1.000 peças complexas e contornadas feitas de Inconel 625 levou a oficina a criar um acessório que poderia acomodar 27 peças de trabalho. Na verdade, o acessório foi usinado no NMV5000.

A loja inicialmente tentou encaixar o maior número possível de peças em uma luminária retangular. O desafio com este tipo de conceito de fixação prismática era fornecer folga adequada em torno de cada peça para todas as operações de contorno de cinco eixos. (Uma vez concluído, não há lados retos nesta peça.) Infelizmente, este projeto preliminar de fixação só pode conter no máximo 10 peças.

Wolfe pensou que uma forma de luminária em forma de cúpula poderia acomodar mais peças. Organizá-los em torno de um perfil esférico pode fornecer acesso adequado, enquanto permite que mais sejam fixados de uma só vez. O acessório resultante foi criado a partir de material de aço sobressalente que a oficina tinha à mão e foi montado no topo de um riser retangular. Alguém disse brincando que parecia a arena Thunderdome do filme “Mad Max Beyond Thunderdome”, e o apelido pegou.

Um desafio foi determinar a melhor forma de segurar os espaços em branco neste jogo. Afinal, fazia sentido começar com uma coronha redonda que fosse mais próxima da forma líquida da peça. Para fazer isso, os planos são usinados em cada peça bruta para permitir que os grampos acionados por came da Mitee Bite os prendam. Foram usinados dois bolsões para cada peça, um para o dispositivo de fixação e outro para a coronha redonda.

Existem outros desafios na criação de tal acessório para conter várias peças. Por exemplo, as peças devem ser espaçadas o suficiente e posicionadas de forma a fornecer folga adequada ao redor de cada uma. Além disso, deve-se encontrar um equilíbrio entre o número de peças que um acessório pode conter e a rigidez geral do acessório. A remoção de muito material para acomodar um grande número de peças pode limitar a rigidez e a agressividade (com que rapidez) essas peças podem ser usinadas.

Thunderdome foi projetado para armazenar peças em duas fileiras. O deslocamento dessas fileiras de bolsos permitiu colocar mais alguns bolsos na fileira inferior (15 peças, em comparação com 12 na fileira superior). O tempo total do ciclo para usinar todas as 27 peças fixadas é de seis horas. Depois disso, as peças são montadas em morsas personalizadas em um VMC que usina a face inferior e escareia a parte de trás de um furo passante.

Este acessório possui quatro postes com seus topos inclinados em 45 graus. Isso fornece espaçamento e folga suficientes ao redor das peças quando elas são instaladas nos grampos de cauda de andorinha que cobrem os postes.

Alternativamente, um acessório de quatro postes que a oficina criou apresenta uma base de alumínio com quatro postes de aço, cada um com uma interface de cauda de andorinha que torna o acessório útil para uma variedade de trabalhos diferentes. Essa versatilidade ajudou a justificar o tempo e o custo de fazer o acessório em primeiro lugar.

No entanto, o primeiro objetivo do acessório era ajudar a começar o mais rápido possível em um trabalho específico:um bloco de combustível usinado a partir de um tarugo de aço 1215 com quantidades de pedidos em lote acima de 300 peças. Esse grande tamanho de lote foi a principal razão pela qual a loja considerou um acessório personalizado que pudesse montar várias peças de uma só vez.

O acessório precisava ser rígido o suficiente para lidar com o trabalho de desbaste, mas ainda fornecer a folga necessária para operações de gravação e furos de ângulo composto em direção à parte inferior da peça. O topo de cada postagem

Este acessório personalizado que a oficina criou para sua máquina de cinco eixos fornece espaço para que a ferramenta e o fuso acessem as peças.

foi usinado em um ângulo de 45 graus para estender as peças para fora e para longe umas das outras e fornecer a folga da ferramenta necessária para acessar todas as cinco faces de cada peça. A capacidade de simulação e o recurso de prevenção de colisões no software CAD/CAM foram úteis para garantir a folga adequada.

Os blanks da peça de trabalho são preparados primeiro em um VMC, que usina perfis em rabo de andorinha na face que requer a menor quantidade de trabalho de usinagem (ou nenhum). Uma vez que os blanks são fixados no acessório, o tempo de ciclo para usinar os quatro blocos de combustível (sem remover o perfil de cauda de andorinha e realizar usinagem adicional nessa sexta face) é de 2,5 horas. Para determinados recursos, a mesa do eixo B da máquina é inclinada 135 graus para alcançar os recursos próximos à parte inferior das peças. Os perfis de cauda de andorinha são posteriormente fresados ​​em um HMC, que também usina quatro furos que cruzam as portas criadas na máquina de cinco eixos. A conclusão desta peça em um dos HMCs da loja exigiria três operações separadas e pelo menos um acessório personalizado. A Powill posteriormente usou este acessório para uma variedade de outras peças.

Antes de instalar este bloco de combustível no suporte de quatro postes na máquina de cinco eixos, o recurso de cauda de andorinha e o slot de pino associado são usinados em um VMC. A oficina diz que esta configuração elimina o movimento da peça, mesmo durante operações de desbaste pesado. A ranhura do pino também posiciona a peça em bruto na posição adequada no encaixe de cauda de andorinha para repetibilidade. Esses recursos são fresados ​​após a conclusão do trabalho na máquina de cinco eixos (isso é mostrado aqui na metade da usinagem).

Voltar no tempo

Além de criar acessórios personalizados para novos trabalhos, a Powill usou sua experiência em fixação de peças para transferir trabalhos anteriormente usinados em equipamentos de três eixos para a máquina de cinco eixos. A oficina também escreveu programas para executar outras peças no flexível suporte de quatro postes. A consolidação de várias configurações para produzir peças em uma fixação na máquina de cinco eixos não apenas reduz o tempo de produção, mas também melhora a precisão das peças. Na verdade, a Powill também usa sua máquina de cinco eixos para criar fixações mais precisas para seus equipamentos de três eixos, porque pode usinar recursos críticos de localização de fixações em uma única configuração com mais precisão.