As soluções de fixação CNC que todo fabricante deve conhecer

A usinagem CNC é um método de fabricação tradicional que utiliza ferramentas de corte e rotação para fazer uma série predeterminada de cortes em um bloco sólido de material. As operações de corte são derivadas de arquivos de projeto digital, que podem ser distribuídos para várias máquinas CNC simultaneamente, permitindo que os fabricantes produzam várias cópias de uma peça com mais agilidade.

Embora a usinagem seja um processo versátil capaz de produzir peças altamente precisas e precisas de forma confiável - por que é frequentemente usado para criar componentes automotivos, médicos e aeroespaciais críticos - a natureza inerente do processo cria limitações para a geometria que é possível criar com usinagem CNC. Elementos de design como cantos internos afiados, por exemplo, são difíceis de criar com ferramentas redondas e rotativas, enquanto recursos rebaixados como rabos de andorinha e ranhuras em T são difíceis, se não impossíveis, de alcançar com ferramentas padrão.

Outro problema potencial tem a ver com a fixação, ou como a peça de trabalho é fixada no lugar durante o processo de usinagem. Se as peças de trabalho forem difíceis de agarrar ou forem agarradas incorretamente, a viabilidade da peça, o cronograma de produção e o custo por unidade podem ser afetados negativamente.

Aqui está o que os fabricantes precisam saber para obter o máximo de suas soluções de fixação.

Noções básicas de fixação CNC

A forma como uma peça é mantida pode afetar significativamente vários fatores logísticos, incluindo caminhos de ferramenta viáveis, quais superfícies da peça serão usinadas sem configurações adicionais e a velocidade e força permitidas das ferramentas de corte. Componentes básicos de fixação, como garras, tornos e até mesmo a mesa da máquina, podem limitar a capacidade das ferramentas de corte de acessar a peça de trabalho, o que pode levar a mais tempo gasto na configuração da peça, em vez de operar o fuso.

No entanto, assim como a usinagem CNC de 5 eixos fornece ferramentas de corte e peças com recursos rotacionais adicionais durante a produção, as soluções de fixação de 5 eixos podem melhorar drasticamente a eficiência da fabricação de peças que exigem usinagem na maioria ou em todos os lados.

Usado em usinagem em tandem, multi-eixos e soluções de fixação permitem que as peças sejam colocadas em uma posição ideal, agarradas uma vez, usinadas e depois trocadas rapidamente. Isso geralmente é alcançado por meio de sistemas de troca rápida de ponto zero, que garantem a colocação confiável da peça de trabalho, permitindo que os componentes sejam transferidos de forma eficiente para outras máquinas para operações secundárias, conforme necessário.

Quando implementados corretamente, os sistemas de fixação CNC podem melhorar a eficiência de saída, minimizando o tempo necessário para configurar e trocar as peças. As soluções de fixação ajudam a tornar os processos de produção repetíveis, o que contribui ainda mais para melhorias mensuráveis ​​na velocidade de produção e confiabilidade do processo, bem como na exatidão, precisão e qualidade das peças finais.

Desafios comuns de fixação do CNC

Os desafios de fixação de peças CNC mais comuns surgem quando os fabricantes tentam produzir peças com geometrias incomuns ou peças pesadas e grandes.

Além de otimizar o design da peça para fabricação (DFM), qual é a melhor maneira de manter peças de trabalho incomuns, delicadas ou de paredes finas estáveis ​​e seguras durante a usinagem? Em muitos casos, ferramentas de sacrifício são usadas para suportar peças de trabalho com formas não padronizadas, e recursos de design integrados, como furos para pinos ou ressaltos rosqueados, podem ser usados ​​para prender a peça no lugar. Mesmo a incorporação de apenas 1/16” de material adicional na parte inferior de uma peça de trabalho pode aumentar sua capacidade de ser agarrada.

Às vezes, os fabricantes podem precisar adotar soluções mais criativas, no entanto. Sacos de areia, por exemplo, podem ser usados ​​para reduzir a vibração da peça, enquanto ceras, argilas e colas especiais podem ajudar a suportar seções delicadas da peça. Ceras e argilas, em particular, são bastante rígidas à temperatura ambiente e tornam-se fluidas quando expostas a temperaturas mais altas, o que é útil para removê-las após a conclusão do processo de usinagem.

Peças volumosas – como aquelas usadas em aplicações aeroespaciais, de defesa, industriais ou veiculares – apresentam outro desafio. As opções de fixação de peças especiais e personalizadas são caras e, considerando que alguns componentes grandes são produzidos apenas em volumes relativamente limitados, pode não valer a pena o investimento. No entanto, se usado para grandes tiragens de produção ou reaproveitado para uso com outras peças, uma solução de fixação de trabalho personalizada pode oferecer um bom retorno sobre o investimento.

Se uma oficina optar por investir em soluções de fixação especializadas ou automatizadas para peças maiores ou usar uma combinação de mandris manuais, garras e outras soluções prontas para uso para manter a peça estável, o objetivo deve ser minimizar o número total de cortes operações e reposicionamentos para maximizar o tempo de funcionamento do fuso. Limitar o número de operações de corte também minimiza a possibilidade de erro humano, melhora a confiabilidade do processo e normalmente melhora a precisão da usinagem.

Além do tamanho, a forma das peças pesadas deve ser levada em consideração. Componentes inerentemente assimétricos, como lâminas de turbinas, exigem movimentos complexos e abrangentes do fuso e da ferramenta. Esses tipos de peças desafiadoras exigem soluções de fixação que podem manter uma peça rigidamente na posição correta, ao mesmo tempo em que permitem as folgas exigidas pela ferramenta de corte e pela máquina.

Escolhendo a melhor solução de fixação

A solução de fixação mais adequada para uma determinada peça será determinada por alguns fatores, incluindo volume de produção, formato da peça, dimensões da peça, materiais e requisitos de tolerância, bem como a frequência de troca.

A usinagem de alto volume tem requisitos fundamentais diferentes dos trabalhos menores:depende de processos repetíveis de forma confiável que produzem peças de qualidade consistente em prazos estendidos, o que normalmente requer soluções especializadas de fixação de peças. Os mandris de comprimento morto são uma solução comum, pois são capazes de fornecer alta precisão de posicionamento para operações de usinagem secundária e maior força de preensão, o que é útil para fixar peças fundidas ou forjadas durante operações de desbaste.

Em contraste, os trabalhos de usinagem CNC de baixo volume geralmente podem contar com ferramentas tradicionais de fixação. Os mandris de pinça, que empregam luvas deslizantes, podem prender efetivamente peças de trabalho redondas, hexagonais e quadradas e barras sem perder o poder de retenção - uma preocupação significativa ao trabalhar com rotação e força centrífuga. Mandris de três mandíbulas também são comumente empregados, pois fornecem aderência superior ao usinar peças redondas, enquanto mandris de duas mandíbulas (ou 2+2 mandris de quatro mandíbulas) são excelentes para trabalhar peças quadradas.

No entanto, essas soluções tradicionais de fixação geralmente apresentam considerações adicionais. Os grampos aumentam o número de etapas envolvidas por operação e podem interferir no acesso das máquinas multieixo à peça de trabalho, enquanto as morsas impõem restrições ao tamanho e tipo de peça de trabalho que pode ser agarrada.

O workholding é a chave para a eficiência da produção

Os fabricantes confiam na usinagem CNC para produzir peças precisas e repetíveis. No entanto, esta precisão só é possível se as peças de trabalho forem mantidas em um local definido com uma orientação conhecida. Além disso, a repetibilidade da usinagem CNC exige que a configuração da usinagem possa ser reproduzida economicamente ao longo da produção. Portanto, além de proteger a peça de trabalho contra a força centrífuga, gravidade e forças de corte da ferramenta, as soluções de fixação mais eficazes e estratégicas devem ajudar a reduzir os custos de mão-de-obra, minimizando as mudanças de ferramenta e configuração.

Soluções modulares de fixação que permitem trocas rápidas entre peças e ferramentas de corte sem interromper a produção, a integração das tecnologias da Indústria 4.0 e a automação aprimorada são alguns dos desenvolvimentos tecnológicos preparados para agilizar o mundo da usinagem CNC. Esses recursos provavelmente ajudarão os fabricantes a obter mais com menos mão de obra, proporcionando maior flexibilidade e capacidade de produção, bem como maior consistência nas trocas entre peças e trabalhos distintos.

No entanto, as máquinas CNC são investimentos pesados, e é por isso que muitas vezes é mais econômico terceirizar a usinagem CNC para um parceiro de fabricação confiável do que trazer serviços de usinagem internamente.

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