Maximize a Precisão da Máquina CNC: Guia Prático para Precisão e Confiabilidade

Uma das tarefas mais importantes na usinagem é garantir que sua nova máquina-ferramenta CNC seja precisa e exata. Mas como escolher a ferramenta certa para sua fábrica, dado o número desconcertante de opções, configurações e preços disponíveis?

Neste artigo, vamos guiá-lo pelo processo passo a passo necessário para otimizar a precisão, repetibilidade e tolerâncias de sua máquina CNC ao comprar uma nova máquina-ferramenta.

Hora de Investir em uma Nova Máquina-Ferramenta CNC

Imagine que você tem uma nova oportunidade ou tarefa de fabricação disponível. Você verifica o desenho do engenheiro para entender o que precisa ser feito e começa a planejar a sequência e o processo para usinar uma peça específica.

Você passa por suas máquinas existentes e verifica a proficiência de habilidade de seus operadores de máquina para ver se eles podem fabricar esta peça.

Infelizmente, suas atuais máquinas-ferramenta CNC não têm as tolerâncias necessárias para fazer a peça. Elas podem ser de uma especificação inferior ou são muito antigas para atender a esta nova necessidade.

Quando isso acontece, você pode querer começar a investir em tecnologia mais nova e moderna.

Uma História de Fornecedores de Máquinas-Ferramenta CNC

Neste ponto, você precisa pesar o custo de fabricação de cada peça contra o custo de aquisição de novas máquinas CNC.

Você lembra o que costumava gastar para suas máquinas atuais e define um orçamento o mais baixo possível para maximizar seus lucros.

10 anos atrás, você teria gasto USD 80.000-100.000 para seu Centro de Usinagem Vertical. OK, você decide definir seu orçamento para uma nova máquina CNC em USD 75.000. Vamos ver o que está disponível no mercado.

Conforme as semanas passam, você contata vários vendedores de máquinas-ferramenta. Eles o atendem ansiosamente, oferecendo uma variedade de máquinas CNC para atender seu orçamento definido.

Alguns são mais baixos no preço. Outros um pouco mais altos. Ainda outros podem ser mais caros.

Todas as promessas feitas por esses vendedores dependem do fato de que suas máquinas são mais novas e melhores que suas máquinas atuais. No entanto, nenhum desses fornecedores considera os detalhes e tolerâncias apertadas da peça usinada.

Um dia, no entanto, um vendedor particular o visita. Após você informá-lo de seu requisito específico — mostrando-lhe o desenho do seu novo trabalho — ele olha de perto e estuda por um tempo.

Comentando que tal peça usinada pode ser "difícil de manter", ele então sugeriu que você precisaria de máquinas com bons porta-ferramentas e ferramentas de corte.

Ele também destacou que o controle de temperatura é fundamental — em particular, a temperatura da sua oficina e das máquinas em geral. Ele ainda adiciona que sua nova máquina CNC precisará de escalas de vidro lineares, ferramentas de medição a laser e uma sonda de toque para medir a peça usinada e fazer auto-offsets.

O vendedor explica que sua máquina CNC é melhor que suas unidades atuais e que as de seus concorrentes. Após você pedir o preço estimado, ele cita — USD 150.000-200.000 — sujeito às suas especificações finais.

Isso é chocantemente mais alto que seu orçamento definido! Você pode até imaginar que o vendedor estava tentando tirar vantagem.

No entanto, você também começa a pensar sobre o que ele explicou e percebe que faz sentido. Afinal, os outros fornecedores nunca falaram sobre esses fatores. Eles só se preocupavam com seus eixos XYZ, preço e estoques disponíveis de suas máquinas, oferecendo descontos adicionais se necessário.

Você contata outro fornecedor de uma marca respeitável bem conhecida no mercado.

Durante sua visita, ele mencionou e repetiu a maioria dos pontos do 2º representante de vendas. Ele explicou ainda que sua máquina-ferramenta usa o sistema de Acionamento Linear, considerado o melhor do mercado.
Preço da máquina CNC dele? Chocantes USD 280.000-310.000 — isso é ainda mais alto que o segundo vendedor, embora o tamanho da máquina, velocidade do fuso e controles CNC sejam semelhantes.

Agora, em quem você deve acreditar?

Entendendo Padrões e Precisão de Usinagem CNC

O que acabamos de descrever acontece todos os dias ao redor do mundo. Existem muitas categorias, padrões de qualidade e níveis diferentes de máquinas-ferramenta CNC — você precisa conhecer as diferenças para fazer a escolha certa.

Embora fornecedores de máquinas-ferramenta possam prometer tolerâncias de +/- 1,5 mícron ou menos, observe que fornecedores de diferentes locais ou países podem adotar padrões diferentes.

Por exemplo, há uma grande diferença entre um padrão JIS (usado principalmente por máquinas CNC produzidas no Japão) e um padrão VDI (usado por fabricantes europeus respeitáveis, bem como pela Hwacheon Machine Tool na Coreia do Sul).

Esses padrões já são usados há mais de 30 anos para medir e comparar os níveis de precisão de máquinas-ferramenta, especialmente na Ásia-Pacífico.

Para entender as diferenças — e a importância dessas diferenças — é necessário aprender e entender o processo que os fabricantes de máquinas-ferramenta CNC usam ao medir suas máquinas CNC após a montagem final.

O Papel das "Máquinas-Mãe" em Máquinas-Ferramenta CNC

Todos os fabricantes de máquinas-ferramenta respeitáveis que oferecem máquinas CNC de alta qualidade fazem uso de uma "Máquina-Mãe" para fabricar suas próprias peças críticas. Estas são máquinas que podem atingir as tolerâncias mais altas — frequentemente dentro de poucos mícrons. Os custos de tais máquinas são frequentemente muito altos, podendo chegar a milhões de dólares.

Se um usuário final recebe uma cotação/oferta para um Centro de Usinagem Vertical padrão básico por USD 70.000-100.000 (X = 1000 com fuso de 10-12.000 rpm), e uma promessa do fornecedor de que esta máquina pode atingir a mesma ou até mesmo "no papel" melhor precisão que uma cara "Máquina-Mãe", ele precisa ser extremamente cético!

Tais alegações são boas demais para ser verdade.

Como Sistemas de Acionamento, Guias e Fusos de Esferas Afetam a Precisão

E quanto a sistemas de acionamento linear? Eles são realmente necessários?

Tais sistemas foram projetados há muito tempo para ajudar máquinas-ferramenta a atingir velocidades mais rápidas. A Hwacheon Machine Tools teve sua própria experiência quando projetamos e construímos um Centro de Usinagem Horizontal há mais de 18 anos.

Hoje, a demanda por sistemas de acionamento linear ainda está presente. No entanto, máquinas CNC padrão frequentemente omitem tais sistemas devido aos seus custos mais altos e maior complexidade.

Um sistema de acionamento linear pode ajudar você a atingir boas tolerâncias e precisão. No entanto, máquinas modernas com fusos de esferas de boa qualidade e guias lineares de rolos — ou Guias de Caixa Sólida (endurecidas, retificadas e raspadas manualmente até a perfeição) — podem entregar melhores resultados em precisão e estabilidade a longo prazo.

Assim, um centro de usinagem CNC com fusos de esferas de alta qualidade em todos os eixos, bem como guias de caixa sólida raspadas manualmente, pode atingir a mesma ou similar precisão a uma versão com acionamento linear.

Fatores que Afetam as Tolerâncias da Sua Máquina CNC

Alcançar tolerâncias em uma peça na faixa de menos de dez (10) mícrons é de fato desafiador. Para fazer isso, considere os seguintes fatores que influenciam as tolerâncias da sua máquina-ferramenta:

• Temperatura da sala / oficina
• Temperaturas flutuantes e variáveis da sala / oficina
• Correntes de ar criadas por portas, portões, sistemas de ar condicionado que podem perturbar a temperatura estável na sua oficina
• Observe que a temperatura da sua máquina mudará desde o início da manhã (quando seu operador começa) até a hora do almoço, intervalo e noite
• Fuso rodando em alta velocidade por tempo prolongado (observe o sistema de resfriamento da carcaça, nariz e mancais do fuso)
• Material usado para construir sua máquina (qualidade do material de fundição)
• Design da sua máquina (o calor é distribuído igualmente no corpo e partes da máquina?)
• Calibração da sua máquina antes de iniciar o trabalho
• Manutenção regular
• E muitos outros pontos

Para garantir que o desempenho da sua máquina-ferramenta não seja comprometido, a Hwacheon usa Guias Lineares de Rolos fabricadas por uma empresa respeitável na Alemanha em todas as nossas Máquinas CNC. Estas incluem a linha Hwacheon VESTA de centros de usinagem. O tamanho e o número de blocos/sapatas usados em cada trilho variam, sujeitos ao tamanho e propósito da máquina individual.

Os preços das Guias Lineares de Rolos podem variar amplamente, dependendo da marca, tipo, tamanho, grau de qualidade e país de origem.

Nota: Esses fatores podem frequentemente ser diretamente gerenciados ou controlados pelos usuários da máquina

Fatores que Afetam as Tolerâncias da Peça da Sua Máquina CNC

Além da sua máquina, considere também estes fatores que afetam as tolerâncias da sua peça usinada:

• O material da sua peça
• Fixação da peça (trabalho com tolerância de mícron requer fixação de mícron)
• Usinagem em 2-3 Eixos ou até 5 Eixos (com mais eixos usados, sua máquina pode permitir que mais tolerâncias se juntem)
• Forma da peça — redonda, quadrada, retangular ou outras formas
• Calor durante a usinagem — garanta que você use refrigerante suficiente durante o corte
• Remoção excessiva de material de uma só vez colocará tensão na sua peça. Portanto, você deve liberar essa tensão antes de continuar seu trabalho de acabamento fino.
• Resolução do sistema de medição da sua máquina CNC)
  • a) Encoder
  • b) Sistema de Medição Direta (quanto mais fino — melhor para atingir maior precisão)
• Suas ferramentas (ferramentas de qualidade fornecem trabalho de qualidade)
• Qualidade e padrão do porta-ferramentas
• Abordagem e método de corte, bem como programa CNC
• E muitos outros pontos

Nota: Esses fatores podem frequentemente ser diretamente gerenciados ou controlados pelos usuários da máquina

Construção da Máquina, Fundição e Outros Fatores Afetando a Precisão da Máquina CNC

Além do acima, você também precisa considerar outros fatores pertencentes à sua Máquina-Ferramenta CNC em si. Para uma empresa como a Hwacheon Machine Tools, garantimos que os seguintes fatores sejam cuidados:

• Feita da melhor qualidade de fundição (fundida em sua própria fundição)
• Projetada em estrutura tipo Ponte para atingir a mais alta precisão desde o básico
• Guias de Rolos de qualidade alemã — os melhores Fusos de Esferas em qualidade, padrão e graduação oferecendo passo mais apertado e diâmetro maior que o normal (opcionalmente também resfriados a líquido).
• Escalas de Vidro Lineares com a mais alta resolução em todos os eixos
• Corpo inteiro da máquina envolto em espuma de temperatura especial para distribuir uniformemente a variação de temperatura
• Sensores de temperatura no leito da máquina, estrutura e carcaça do fuso para reagir e compensar rapidamente e com precisão quaisquer mudanças de temperatura
• Dois transportadores de cavacos operando em coberturas isoladas e destacáveis separadamente — estes são montados em almofadas absorventes de vibração para evitar transferência de calor e vibração para o corpo da máquina
• Cabos e tubos montados e ajustados com cuidado extra dentro da estrutura mecânica das máquinas para evitar vibrações
• Tanque de refrigerante posicionado na traseira da máquina para evitar calor do refrigerante afetando o leito da máquina (mais fácil de limpar e manter)
• Fuso de motor embutido direto disponível de 20-32-45.000rpm, com BBT 40 / HSK-A63 a HSK-E40 e HSK-E32
• Sistema de resfriamento do fuso com sistema de resfriamento e filtração de alta qualidade
• Carcaça do fuso e seção do nariz seccionadas em pequenas porções para resfriamento eficaz e igual. Isso evita o escoamento de óleo de cima para baixo visto na maioria das outras máquinas.
• Mancais injetados diretamente com óleo fresco com temperatura controlada — isso garante que os mancais não operem continuamente em óleo quente.
• Software de automação padrão carregado na máquina. Para a Hwacheon, inclui o seguinte:
  • a) HSDC — Sistema de Controle de Deslocamento do Fuso Hwacheon
  • b) HTDC — Sistema de Controle de Deslocamento Térmico Hwacheon
  • c) HFDC — Sistema de Controle de Deslocamento da Estrutura Hwacheon
• Sistema de controle CNC e pacote motor/amplificador comprovados em todos os mercados e indústrias mundialmente

Nota: Esses fatores devem ser gerenciados pelos fabricantes de suas máquinas-ferramenta.

Voltando ao Nosso Cliente de Máquina-Ferramenta…

Vamos agora voltar ao nosso cliente. Ele tem um novo pedido de usinagem para pegar, mas percebe com suas máquinas atuais disponíveis que não pode cumprir os requisitos.

Ele deve gastar o mínimo possível ou investir na máquina-ferramenta CNC de topo de linha disponível no mercado?

A resposta com certeza está em algum lugar no meio.

A verdade é que alcançar maior precisão e padrões de usinagem requer um maior investimento em sua máquina-ferramenta CNC.

No entanto, mesmo a melhor e mais sofisticada máquina-ferramenta CNC não pode entregar os resultados desejados se as circunstâncias ao redor não corresponderem à sua implantação — ou se tal máquina de ponta for operada como uma máquina padrão básica!

Ambiente e Oficina

O ambiente e entorno da sua oficina deve atender à máquina em questão.

Certifique-se de que é limpo, sem vibrações no chão de fábrica, e com temperatura controlada.

Seu operador de máquina CNC precisará entender os requisitos e cuidados básicos necessários para atingir tolerâncias apertadas na fabricação da sua peça. Falhar nisso resultará em seu novo investimento não entregando o que é necessário. Você pode usar a lista de verificação que fornecemos como guia.

Porta-Ferramentas de Qualidade

Você também precisa entender que reutilizar os antigos porta-ferramentas usados em outras máquinas pode ser economia de centavos, mas tolice de libras. Fazer isso pode arruinar sua nova máquina e encurtar sua longevidade — assim como você não compraria um carro novo e usaria os pneus do seu veículo antigo!

Assim, seu equipamento de fixação precisa ser selecionado de acordo para fornecer a melhor e mais precisa fixação e repetibilidade.

Conclusão

Uma máquina CNC produzida em massa sempre entregará resultados médios. É para isso que são feitas.

Uma máquina-ferramenta projetada internamente e cuidadosamente fabricada se adequará até às mais altas demandas — naturalmente, isso virá a um certo custo.

Na engenharia não há atalhos. Embora todos gostariam de investir barato para atingir os maiores lucros, fazer isso sem as ferramentas e equipamentos certos não é apenas difícil, mas muitas vezes impossível.

Se todos os pontos forem cuidados e considerados, um Centro de Usinagem Vertical CNC de 3 eixos com curso X de 1m e curso Y de 600mm que seja bem equipado e especificado para atingir tais tolerâncias mais apertadas, bem como bom desempenho (e suas necessidades) pode vir em uma faixa de preço de USD 180.000 a USD 200.000.

Tal ferramenta certamente entregará a qualidade e tolerâncias necessárias dentro de dez (10) mícrons e abaixo.

Hwacheon Machine Tools — Sua Escolha para Alta Precisão em Máquinas CNC

A Hwacheon na Coreia do Sul é conhecida há mais de 74 anos como a principal fabricante de máquinas-ferramenta. Nossa empresa é particularmente forte nas indústrias de Molde & Matriz de qualidade, bem como fabricação de peças de precisão.

Para atender às suas necessidades na fabricação de uma nova peça — como a situação que pintamos acima — você deve considerar o SIRIUS UM+ ou SIRIUS UL+ da Hwacheon. Estas novas e melhoradas máquinas-ferramenta CNC baseiam-se na linha SIRIUS de alta qualidade e são consideradas as melhores no mercado a preços muito competitivos.