Como o balanceamento de ferramentas aumenta a vida útil e a produtividade da ferramenta

A excentricidade da ferramenta de corte e o desequilíbrio do porta-ferramenta tornam a usinagem um desafio. Aqui está o que você precisa saber sobre as técnicas de balanceamento de ferramentas e como acertar esse procedimento pode minimizar as vibrações, melhorar os acabamentos da superfície e a vida útil da ferramenta.

O balanceamento de ferramentas é essencial para usinagem de alta velocidade, onde as velocidades do fuso atingem 20.000 rpm ou mais. Mas muitos especialistas lhe dirão que a necessidade de balanceamento começa a apenas 6.000 rpm e que pular essa etapa crítica reduz a vida útil da ferramenta e a produtividade.

Brendt Holden, presidente da Haimer Inc., é uma dessas pessoas. Ele gosta de contar uma história de 15 anos atrás sobre uma oficina mecânica em Wisconsin lutando com uma operação chata. Depois de instalar um dos balanceadores de ferramentas da Haimer, a oficina mecânica conseguiu aumentar significativamente o rendimento nesse trabalho, junto com muitos outros.

“Aquela loja em particular não tinha uma única máquina com mais de 6.000 rpm”, lembra Holden. “Foi um testemunho maravilhoso da importância do balanceamento de ferramentas, independentemente da velocidade do fuso.”

Eles não estavam sozinhos. Um grande fabricante de motores dos EUA economizou US$ 250.000 anualmente em paradas não planejadas após implementar uma solução de balanceamento de ferramentas. A K&G Manufacturing em Minneapolis descobriu que os conjuntos de porta-ferramentas predefinidos offline cortam no tamanho da primeira vez quando balanceados. Até mesmo a indústria de retificação conhece o valor do balanceamento, como o fabricante de ferramentas de corte OSG pode atestar:após balancear os conjuntos de rebolos, a empresa descobriu que a produção aumentou 20%, a vida útil do fuso aumentou 30% e o consumo de energia diminuiu 18%.



Se essas anedotas não convencerem os céticos, aqui está um exemplo mais científico – um que ajuda a explicar a eficácia do balanceamento de ferramentas.

Os engenheiros da Haimer montaram fresas de topo em dois porta-ferramentas, um balanceado e o outro não. Ambos foram verificados em uma das unidades de preset de ferramentas da empresa e tinham menos de 2 mícrons de excentricidade. Em seguida, eles giraram cada conjunto de porta-ferramentas a 18.000 rpm enquanto o analisavam com um acelerômetro. Os resultados? Onde o conjunto balanceado manteve o mesmo nível quase zero de excentricidade, o desbalanceado aumentou para 11 mícrons (0,0004") - um aumento de cinco vezes.

Se a excentricidade fatal da ferramenta não for suficiente para convencê-lo, tente o seguinte:pergunte a qualquer reconstrutor de fuso de máquina-ferramenta a causa principal da falha prematura. A maioria irá sugerir que é a) travamento ou b) desequilíbrio do porta-ferramentas. Para muitos centros de usinagem - especialmente aqueles com fusos de alta velocidade - uma substituição pode custar facilmente mais do que uma unidade de balanceamento de ferramentas, e isso sem levar em consideração o tempo de inatividade da máquina e os atrasos de produção resultantes.

Você pode estar pensando:“Eu entendo. É por isso que compramos porta-ferramentas balanceados.” E embora Holden e outros digam que este é um bom começo, é o equivalente a comprar pneus de alta qualidade para o seu carro - eles ainda precisam ser balanceados e, como com ferramentas de corte e porta-ferramentas, deve ser feito como uma montagem completa .

Ajustando os porta-ferramentas

Um tanto ironicamente, o processo não é tão diferente. Assim como um mecânico de automóveis adiciona pequenos pesos a um lado da roda para compensar o desequilíbrio, também um atendente de berço de ferramentas pode adicionar parafusos de metal pesado ou anéis de formato estranho ao porta-ferramentas, ajustando cuidadosamente cada um até que a condição de desbalanceamento tenha desaparecido. foi cancelado. Também é possível furar ou fresar o próprio porta-ferramentas, removendo pequenas quantidades de metal até que o equilíbrio seja alcançado, embora esta seja obviamente uma abordagem mais cara (e permanente).

Pneus e porta-ferramentas também sofrem dos mesmos tipos de desequilíbrio, ou seja, estático e dinâmico. Remova uma porca da roda em seu F-150 e você criará um desequilíbrio estático, que pode ser considerado simplesmente como muito peso de um lado. Acerte uma pedra com a hélice do seu barco de pesca e você provavelmente enfrentará desequilíbrio dinâmico ou desequilíbrio em dois planos rotacionais. É esta última condição que é mais comum em centros de usinagem CNC, especialmente com ferramentas e porta-ferramentas mais longos.

Ironicamente, os porta-ferramentas estilo CAT - um favorito dos fabricantes de máquinas-ferramenta aqui nos EUA - são inerentemente desequilibrados devido às ranhuras não simétricas do flange. Assim como os porta-ferramentas estilo Weldon com seu parafuso de ajuste de um lado. Mesmo as ferramentas HSK, especialmente a forma A mais comum, sofrem de algum nível de desequilíbrio, embora não chegue nem perto dos porta-ferramentas cônicos íngremes. Os fabricantes de ferramentas tentam compensar essas condições infelizes, mas anexam um botão de retenção em uma extremidade do porta-ferramentas, uma broca ou fresa de topo na outra, e todas as apostas estão perdidas. Daí o conselho de sempre equilibrar os porta-ferramentas como um conjunto completo.

Provas de balanceamento de ferramentas no pudim

Este desequilíbrio é quantificável. É referido como o valor G, e a maioria dos especialistas do setor sugere que as ferramentas devem ser balanceadas para 2,5 G ou melhor (significando um valor menor que 2,5). Para quem gosta de matemática, o site da Haimer oferece fórmulas alucinantes sobre a ciência do balanceamento de ferramentas aqui, além de outras razões pelas quais é importante para qualquer pessoa interessada em melhorar suas operações de fresamento, furação e mandrilamento.

Então o que fazer sobre isso? A resposta já deve ser óbvia:invista em uma máquina de balanceamento de ferramentas, assim como outro cliente de Brendt Holden fez vários anos atrás quando comprou seu primeiro centro de usinagem de 20.000 rpm. Os resultados foram tão bons que ele começou a balancear tudo na oficina, mesmo para suas máquinas mais antigas que eram limitadas a 8.000 rpm.

“A vida útil melhorada da ferramenta e o acabamento da superfície foram uma observação secundária”, diz Holden. “O que ele mais notou foram as taxas de remoção de metal melhoradas. Onde antes ele poderia ter cortado uma peça a 3.000 rpm, ele descobriu que normalmente poderia dobrar isso equilibrando, com um aumento correspondente na taxa de alimentação. Ele ficou emocionado."

Indo além do equilíbrio de ferramentas

Matt Brothers, gerente do Centro de Tecnologia da Indústria 4.0 da Zoller Inc., pode compartilhar histórias de sucesso semelhantes de clientes que implementaram uma das soluções de balanceamento de ferramentas da empresa. No entanto, ele é rápido em apontar que uma máquina de balanceamento é apenas uma peça de uma estratégia de ferramentas muito maior. Igualmente importante é a necessidade de predefinir as ferramentas off-line, eliminando a chance de erro do operador ao acionar a máquina-ferramenta e aumentando muito a disponibilidade da máquina para inicializar.

Devido aos recursos avançados de imagem óptica da maioria dos presetters, eles também permitem que os atendentes do berço de ferramentas inspecionem completamente as ferramentas antes do uso e meçam a excentricidade muito importante mencionada anteriormente. E para as oficinas que usam ferramentas de ajuste termorretrátil, a Zoller (e a Haimer) oferecem máquinas combinadas capazes de fazer as duas coisas em uma única operação.

A Brothers sugere que, quando implementado com uma solução de gerenciamento de ferramentas (TMS), os presetters de ferramentas offline fornecem visibilidade do início ao fim do uso da ferramenta, ao mesmo tempo em que melhoram todo o fluxo do processo de programação e configuração.

“O TMS da Zoller pode se comunicar diretamente com a máquina-ferramenta”, diz ele. “Ele pode interagir com o sistema CAM da oficina, seu software de simulação ou seu sistema de monitoramento da vida útil da ferramenta. Há muitas vantagens em armazenar informações de ferramentas de corte e porta-ferramentas em um único banco de dados, incluindo maior precisão de dados, estoques de ferramentas reduzidos, menos tempo de inatividade e fluxos de processo mais eficientes. É por isso que sentimos que o TMS deve ser parte integrante de qualquer loja focada na Indústria 4.0.”



Para lojas interessadas em qualquer uma dessas tecnologias de aumento de produtividade, agora é a hora de investigar. A Dedução de Equipamento da Seção 179 termina em dezembro. Entre em contato com a MSC — ou qualquer uma das empresas listadas neste artigo — para saber mais.

Você está colhendo os benefícios do balanceamento de ferramentas?

Muitas vezes, o balanceamento de ferramentas é considerado necessário apenas para usinagem de alta velocidade, mas muitas oficinas podem se beneficiar dele.

Os especialistas lhe dirão que a necessidade de balanceamento começa a apenas 6.000 rpm e que pular essa etapa crítica reduz a vida útil da ferramenta e a produtividade.

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