Dominando Precisão e Repetibilidade em CNC: Conceitos-Chave Explicados

Defino a precisão de uma máquina-ferramenta CNC como a capacidade de seus eixos seguirem com precisão os caminhos previstos até os pontos finais comandados enquanto sob carga. Defino sua repetibilidade como a capacidade de duplicar com precisão os movimentos comandados (novamente, sob carga) durante múltiplos ciclos ao longo do dia.

Estas são definições para precisão e repetibilidade dinâmicas. Elas provavelmente diferem das especificações do fabricante da sua máquina. Especificações de fabricantes comumente indicam precisão e repetibilidade estáticas; ou seja, a máquina não está em ciclo realizando operações de usinagem quando as medições relacionadas são realizadas.

Em justiça aos fabricantes de máquinas, a precisão e repetibilidade dinâmicas variam com a quantidade de tensão exercida sobre os componentes da máquina. Quanto maior a tensão, mais difícil é manter a precisão e a repetibilidade. Isso torna impossível para os fabricantes de máquinas fornecer, muito menos garantir, especificações de precisão e repetibilidade dinâmicas. Simplesmente há muitas variáveis.

Dito isso, os fabricantes de máquinas devem ser capazes de estabelecer se sua máquina pode atingir os requisitos de precisão/repetibilidade para sua aplicação específica. Eles devem estar dispostos a garantir isso se você pedir antes de comprar uma nova máquina-ferramenta.

Certos fatores relacionados à precisão estão além do controle do usuário de CNC uma vez que a máquina é instalada. Estes incluem:

A construção da máquina

• Deve ser capaz de realizar as operações de usinagem mais poderosas da sua aplicação sem deflexão excessiva de seus componentes de suporte.

O sistema de feedback

• Escalas lineares monitoram diretamente a posição do componente móvel de um eixo. Diferentemente de encoders rotativos, eles não dependem fortemente da integridade dos componentes do sistema do eixo (sistemas de guias, fusos de esferas e acoplamentos).

Outros fatores relacionados à precisão são responsabilidade do usuário da máquina. Estes incluem:

Calibração da máquina-ferramenta

• Os fabricantes de máquinas calibram inicialmente a compensação de erro de passo e folga, mas se a precisão deve ser mantida, os usuários finais devem repetir essas calibrações em intervalos regulares durante a vida útil da máquina.

Ambiente

• As máquinas-ferramenta devem ser colocadas em um ambiente de trabalho estável que minimize variações de temperatura e umidade ambiente.

Garantir que uma instalação de máquina possa fornecer precisão dinâmica adequada para sua aplicação — e mantê-la adequadamente — é apenas metade da questão de produzir componentes consistentes e aceitáveis. Você também deve confirmar que a máquina pode repetir com precisão da primeira à última peça — hora após hora, dia após dia — mesmo quando os componentes da máquina aquecem após períodos de inatividade.

Uma questão importante de repetibilidade ligada ao design da máquina é a variação térmica dos componentes móveis. As principais preocupações são o fuso e os sistemas de guias da máquina porque eles têm o maior impacto nas superfícies usinadas. À medida que esses componentes aquecem, eles se expandem. À medida que esfriam, eles se contraem. Isso torna difícil — talvez impossível — manter a dimensão em superfícies críticas de tolerância apertada durante o período de aquecimento da máquina.

Os fabricantes de máquinas fazem grandes esforços para minimizar mudanças térmicas nos componentes da máquina (resfriamento do fuso e/ou sistemas de guias, por exemplo). Além disso, incorporam métodos de design que minimizam o impacto da repetibilidade da variação térmica. Em centros de torneamento CNC, por exemplo, o cabeçote pode ser perpendicular à mesa. À medida que aquece, apenas a altura da aresta de corte da ferramenta muda. Isso minimiza a quantidade de variação de diâmetro usinado de peça para peça à medida que a máquina aquece.

Ao comprar qualquer nova máquina CNC, você deve entender como o fabricante lida com a variação térmica. Mais importante, você deve confirmar que as variações de superfície usinada causadas pelo crescimento térmico durante o aquecimento não excederão as tolerâncias. Caso contrário, você pode ter uma surpresa que desperdiça produtividade quando descobrir que sua nova máquina deve funcionar por um período de aquecimento antes de poder ser usada em produção.

Alguns dos problemas de repetibilidade mais graves não têm nada a ver com o design da máquina. Em vez disso, são influenciados pela aplicação da máquina. Variações de qualquer tipo — durante uma produção ou de uma vez que um trabalho é executado para a próxima — podem impactar a repetibilidade. Coisas que mudam de ciclo para ciclo causarão a necessidade de um ajuste demorado. Se a variação for grande o suficiente, pode resultar em sucata.

Quais são exemplos de variações?

Exemplos de variações durante uma produção incluem:

• Desgaste da ferramenta. À medida que as arestas de corte se desgastam, as superfícies usinadas variam. Superfícies externas crescem enquanto superfícies internas encolhem.

• Substituição de ferramenta cega. Quando ferramentas de corte cegas são substituídas, extremo cuidado é necessário para garantir que a(s) aresta(s) de corte não variem de sua(s) posição(ões) predeterminada(s).

De uma vez que um trabalho é executado para a próxima incluem:

• Configuração do dispositivo de fixação da peça. Muitos fatores afetam a estabilidade da peça (posicionamento/alinhamento do dispositivo de fixação, localização da braçadeira e força aplicada, e atribuição do zero do programa, por exemplo).

• Montagem, medição e entrada de offset da ferramenta de corte. Variações de componente e montagem resultam em variações de rigidez que podem levar a problemas de usinagem.

• Condição da máquina. Variações causadas por acidentes e negligência na manutenção preventiva podem resultar em problemas de dimensionamento com trabalhos que rodaram com sucesso no passado.