Cortando ângulos internos nítidos de 90° sem EDM:aproveitando a orientação do fuso

Por que a usinagem de ângulos retos internos é tão desafiadora?

Na fresagem CNC, conseguir cantos internos afiados não é apenas difícil, mas muitas vezes é fisicamente impossível com ferramentas padrão.

Problema Principal

A fresagem CNC utiliza ferramentas rotativas, que não conseguem cortar cantos internos perfeitos de 90°. O raio da ferramenta deixa um canto interno curvo, conhecido como “R residual”. Este formato não atende aos requisitos de ângulo reto das ranhuras quadradas.

Soluções Tradicionais

• Usinagem por descarga elétrica (EDM):precisa, mas lenta e cara.
• Canais/Canais:Requer equipamento especial.
• Acabamento manual:sujeito a inconsistências e imprecisões.

Vantagens da orientação do fuso

A orientação do fuso permite que o fuso seja posicionado em um ângulo específico, normalmente com precisão de 0,2°, usando feedback do codificador do motor. Ao usar fresas de ângulo reto personalizadas, ranhuras em ângulo reto podem ser usinadas sem configuração extra ou operações secundárias. A ferramenta é recuperada automaticamente do magazine, permitindo uma usinagem contínua e repetível.

Vantagens Específicas

• Usinagem de precisão de ranhuras :ferramentas personalizadas cortam ranhuras internas em ângulos controlados.
• Usinagem de configuração única: Não há necessidade de fixar novamente a peça de trabalho. O alinhamento é simplificado.
• Econômico :Elimina processos de EDM ou de terceiros, especialmente em pequenos lotes.

A chave é integrar esta funcionalidade através de programação inteligente, design de ferramentas personalizado e desenvolvimento de sistemas CNC. Isso pode ser feito sem grandes atualizações de equipamento.

Estudo de caso:peça cilíndrica de alumínio com ranhuras em ângulo reto

Essas peças de alumínio foram usadas em equipamentos de comunicação de nível militar. O material era alumínio 6061-T6. Cada peça tinha 20 ranhuras internas profundas e estreitas em ângulo reto. Ângulos internos agudos foram essenciais para deslizar os trilhos de PCB. (Os desenhos foram simplificados.)

Dimensões principais

• Profundidade da ranhura:13,5 mm
• Largura do slot:4,0 mm
• Requisito de raio de canto interno:R ≤ 0,2 mm
• Tolerância de largura da ranhura:±0,05 mm

Como conseguir cantos afiados sem EDM?

O EDM não é a única maneira de criar o ângulo reto interno se você estiver equipado com as ferramentas e técnicas certas. Veja como funciona:

1. Análise de projeto e avaliação de requisitos

Uma análise preliminar mostrou que as fresas de topo padrão deixariam um raio de cerca de 2 mm, o que está muito além do limite aceitável. As opções pareciam ser:

• EDM
• Abertura secundária usando máquinas especiais (inviável devido ao baixo volume e prazos apertados)

Em vez disso, a equipe de engenharia escolheu um método de alocação personalizado. Eles usaram orientação de ângulo de fuso arbitrário e ferramentas de micro ranhura especialmente projetadas.

2. Configuração da máquina

• Modelo da máquina :VH-85 com sistema de controle FANUC Oi-MF
• Ferramentas :Ferramentas de ranhura personalizadas feitas de liga de aço para ferramentas, com 4,0 mm de espessura, projetadas para corte por mergulho.
• Ajuste do ângulo do fuso :Obtido através da personalização do sistema CNC usando códigos M88/M89 e parâmetros do diagrama ladder.

3. Estratégia do caminho da ferramenta:5 etapas para usinagem de canais em ângulo agudo

Para obter usinagem de ângulo agudo sem o uso de EDM, a equipe de engenharia desenvolveu uma estratégia de usinagem clara e eficiente em cinco etapas. O foco está em organizar a sequência de ferramentas de forma lógica e usar o controle do ângulo do fuso para melhorar a precisão da usinagem. Abaixo está uma versão simplificada deste processo:

Etapa 1:Usinagem grosseira do contorno geral

Uma fresa de topo com 10mm de diâmetro é utilizada para realizar o corte inicial da cavidade interna. O objetivo desta etapa é remover rapidamente a maior parte do material e preparar o acabamento posterior.

Etapa 2:Acabamento da usinagem do contorno interno e das superfícies

Uma fresa de topo com 8 mm de diâmetro é então usada para refinar o contorno interno e o acabamento superficial. O contorno externo permanece conectado à matéria-prima para manter o suporte estrutural para o processo seguinte de fresamento de canais.

Etapa 3:Desbaste da ranhura em ângulo reto

Uma fresa de topo de 3 mm é usada para desbastar a ranhura reta de 4 mm de largura, reduzindo o volume de material e a carga de corte para a operação subsequente de ranhura em ângulo reto.

Etapa 4:Fresamento de mergulho orientado ao fuso

Através de um comando personalizado (M98S…), o spindle é orientado com precisão para a posição do primeiro slot (neste caso, M98S0). Um subprograma é chamado para fresar em mergulho e finalizar a primeira ranhura horizontal. Esta entrada em estilo de mergulho é semelhante a “barbear” e é mais adequada para produzir bordas nítidas e em ângulo reto. Depois de completar uma ranhura, o fuso gira 18° e continua até que todas as ranhuras sejam concluídas.

Etapa 5:Separação da peça acabada do estoque

O perfil externo é cortado para separar a peça acabada do estoque, seguido de acabamento e chanframento da borda externa. Isso marca o fim do processo de usinagem.

Dicas práticas:como garantir precisão em cada corte?

As máquinas CNC normalmente vêm equipadas com um comando de orientação do fuso “M19”, que trava o fuso em um ângulo fixo. No entanto, este ângulo é constante e imutável. Ao modificar o sistema de controle CNC, torna-se possível obter a orientação do fuso em qualquer ângulo desejado, aumentando bastante a flexibilidade. Foi a combinação das seguintes dicas que permitiu à equipe concluir a tarefa com sucesso:

Cortes de teste para ajuste fino

Antes da usinagem real, cortes de teste eram feitos em material de sucata. Uma sonda mediu o ângulo após cada corte. Os resultados foram exibidos no display da máquina e usados ​​para ajustar os dados angulares no programa principal em tempo real.

Bloquear o ângulo

Depois que a ferramenta estiver alinhada e o ângulo definido, ele permanecerá inalterado para todo o lote. Isso evita a recalibração ao trocar ferramentas ou peças.

Configuração de posicionamento do fuso FANUC Oi-MF

Após a configuração, o fuso pode ser posicionado em qualquer ângulo usando M88S… no programa. Use M89 para sair do modo.

• Defina K0013.2 como “1” em ‘SYSTEM’> “PMC Maintenance”
• Defina o parâmetro #3729 S1 como “1”
• Defina os códigos de usuário:‘M88’ para ativar, ‘M89’ para desativar

EDM tradicional vs. Posicionamento do fuso

InformaçõesMétodo EDM TradicionalMétodo de Posicionamento do FusoTempo de peça única153 minutos28 minutosRaio do canto<0,15 mm<0,2 mmRugosidade da superfícieRa 1,6–2,0Ra 1,2–1,6CustoAlto (eletrodos)Baixo (ferramentas personalizadas)Fluxo de processoTerceirizado, configurações múltiplasConfiguração única, tudo em um
Pela tabela acima, pode-se observar que o raio mínimo (R) do ângulo reto está muito próximo dos valores alcançados pela EDM. Este R foi criado intencionalmente para evitar lascamento da ferramenta durante o corte tipo “raspar” quando a ferramenta não está girando. Um pequeno raio é retificado na borda da ferramenta para aumentar a resistência ao impacto.

Ao usinar materiais macios e não metálicos, como plásticos, esse R não é necessário e um canto direito teórico R =0 pode ser alcançado. Na maioria dos casos, um raio de R 0,2 mm ou menor é considerado aceitável para ângulos retos. Considerando todos os fatores, a tecnologia de orientação do fuso oferece uma clara vantagem em termos de custo-benefício.

Resumo da experiência prática

• Garantir o alinhamento da ferramenta e da peça :A usinagem em ângulo agudo é extremamente sensível à orientação da ferramenta – mesmo um desvio de 0,5° pode afetar o desempenho de corte.
• Escolha um sistema de fixação de alta rigidez :O uso de um porta-ferramenta de ajuste por contração oferece rigidez significativamente maior em comparação com pinças ER tradicionais, tornando-o especialmente adequado para cavidades estreitas e profundas.
• Evite remover a ferramenta no meio do processo :Se uma ferramenta for retirada do magazine, o ângulo deverá ser redefinido. É melhor terminar o lote inteiro sem trocas de ferramentas.