Maximize Lucro com Estratégias Avançadas de Toolpath

Adaptive Milling. Dynamic Motion. hyperMILL. Profit Milling. VoluMill. Waveform machining. Se você é uma das pessoas sortudas que usina peças para viver, chances são cerca de 50-50 que você está usando um destes ou uma tecnologia de programação de alto desempenho comparável para gerar toolpaths de adelgaçamento de cavaco, engajamento contínuo, alta profundidade axial e baixa profundidade radial de corte para os centros de usinagem da sua oficina.

Não vamos opinar sobre os benefícios de um sistema CAM vs. outro, porque todos eles são muito bons — muito melhores, de fato, do que o disponível até mesmo uma década atrás (como é verdade com a maioria das coisas na indústria de usinagem). Dito isso, dê-lhes uma chance e cada provedor CAM listará um punhado de recursos que tornam seu software o melhor, com facilidade de uso, maior produtividade, e precisão de toolpath entre os benefícios. Qual é o certo? A resposta é bem simples: depende.

Sem Discussão Aqui

Novamente, não tentaremos resolver a discussão hoje. Apenas cortes de teste cuidadosamente construídos ou talvez anos de uso diário terminarão esta discussão frequentemente acalorada, e mesmo assim, sua quilometragem pode variar. Uma pergunta mais importante é esta: você está aplicando a tecnologia corretamente? Seu pacote CAM escolhido está fornecendo os maiores benefícios possíveis a seus usuários, ou está sendo retido por seleção ruim de ferramenta de corte, fixação fraca, porta-ferramentas cansados, ou até mesmo a própria máquina-ferramenta?

Há algumas razões muito boas para descobrir. John Giraldo, engenheiro aeroespacial na Sandvik Coromant Co., Fair Lawn, N.J., disse que um fabricante aeroespacial Tier II com quem trabalhou recentemente aumentou a produtividade de usinagem em 198% em um componente LPT (turbina de baixa pressão) de Waspaloy após adotar uma estratégia de toolpath de alta eficiência usando uma das fresas de topo Plura HFS da Sandvik Coromant. E um fornecedor Tier IV de automobilismo usou abordagem similar para dobrar vida da ferramenta e triplicar vazão ao usinar cubos de roda de titânio.

"Houve demanda crescente na indústria aeroespacial para fresamento lateral de alta avanço em titânio e ligas à base de níquel", ele disse. "Toolpaths tradicionais não performam bem nestes materiais difíceis de usinar, daí a necessidade de desenvolvimento de novas estratégias de programação que não apenas mantenham eficiência e produtividade mas também reduzam quaisquer impactos negativos no desgaste da ferramenta."

É mais do que fabricantes de aviões e espaçonaves que estão na caça por toolpaths novos e mais eficazes, porém. Giraldo notou que a indústria automotiva continuamente empurra seus fornecedores a reduzir custos de produção, um empurrão que desce para fornecedores de ferramentas de corte e provedores CAD/CAM alike. E enquanto fornecedores largamente atenderam ao desafio, é frequentemente difícil para oficinas adaptar estas tecnologias de usinagem avançadas a equipamentos mais velhos, sem mencionar encontrar tempo para testar e validar novos processos.

Explorando as Sinergias

Jay Ball, gerente de produto norte-americano para fresamento sólido na Seco Tools LLC, Troy, Mich., concordou. Ele disse que pelo menos metade de todas as oficinas permanece fiel a seus métodos de programação testados e verdadeiros, agora décadas de idade, ou porque ainda não são crentes nas técnicas de programação de hoje, ou seu equipamento é simplesmente incapaz de alcançar as taxas de avanço significativamente mais altas necessárias para implementá-las.

"É uma vergonha real quando você recebe uma ligação de alguém que leu um artigo de revista ou viu um vídeo sobre usinagem de alta eficiência e eles estão animados para tentar, mas então você chega na oficina e descobre que seu equipamento CNC é antiquado, seus porta-ferramentas têm dez anos, e você sabe que há pouca chance de aplicar efetivamente uma destas estratégias", ele disse. "Pior, talvez você tente mesmo assim e deixa o cliente desapontado, e eles evitarão tentar novamente quando conseguirem uma nova máquina."

A relação co-dependente envolvendo o toolpath, ferramenta de corte, porta-ferramenta, e centro de usinagem é uma que muitos na indústria ignoram, embora todos entrevistados para este artigo concordaram que é bastante real. Apesar disso, a pressão é alta para desenvolver toolpaths novos e eficazes. Ball disse "praticamente qualquer provedor CAM" hoje tem alguma forma de usinagem de alta eficiência dentro de sua oferta e que eles não podem competir sem isso, tornando necessário para Seco Tools e seus concorrentes desenvolver ferramentas de corte igualmente de alto desempenho.

Para Ball, isso vem na forma de contagens de flautas bem além das fresas de topo tradicionais de quatro flautas, com versões de cinco, seis, sete, ou nove flautas prontamente disponíveis. Cortadores de alta velocidade, alta avanço, alta eficiência, e alto desempenho projetados e otimizados para estratégias avançadas de fresamento também são cada vez mais comuns, frequentemente com passo variável, designs de hélice variável para reduzir harmônicos produtores de chatter que podem ocorrer ao cortar aço e superligas a centenas de polegadas por minuto.

Escalando

Apesar da sugestão de Ball que uma porcentagem tristemente grande de oficinas ainda não entrou no bonde da alta eficiência, ele afirmou que estas estratégias estão se tornando mais populares à medida que operadores e programadores ficam confortáveis com o conceito e como aplicá-lo. "Mais e mais pessoas estão sendo expostas à tecnologia todo dia, e uma vez que reconhecem que reduções de tempo de ciclo de 40% ou mais são bastante típicas, você verá ainda mais deles embarcando."

Alguém que sabe tudo sobre isso é Ben Mund, analista sênior de mercado para desenvolvedor Mastercam CNC Software Inc., Tolland, Conn. Ele disse que a tecnologia Dynamic Motion no Mastercam mencionada anteriormente continua a crescer em popularidade e capacidade, adicionando que "introduzimos uma ampla variedade de novos toolpaths junto com refinamentos de existentes no último ano, todos visando aumentar taxas de remoção de metal ou melhorar nossas capacidades de mistura e acabamento superficial."

Mund notou que aumentos de produtividade estão sempre disponíveis independentemente da idade da máquina e do estilo de cortador sendo usado, e ele afirmou que Dynamic Motion é quase universalmente aplicável. "Não vai falhar porque você está usando uma ferramenta de corte mais barata ou máquinas CNC de entrada, mas os benefícios definitivamente escalarão para baixo à medida que o setup se torna menos que ótimo."

Além do Barril

Ele foi rápido em apontar que, enquanto sua afirmação vale para uso de Dynamic Milling para desbaste, usinagem 2D e semi-acabamento 3D, o "acelerated finishing" do Mastercam é outra situação inteiramente. Nesse cenário, os toolpaths tipicamente requerem uma geometria de cortador específica se quiserem alcançar os resultados desejados.

Um exemplo disso é corte de barril, também conhecido como corte de segmento de círculo. Mund notou que Mastercam trabalhou agressivamente com fabricantes de ferramentas de corte para definir e testar estes e outros "cortadores moldados" para uso em aplicações de fabricação de moldes, usinagem médica, e acabamento aeroespacial. Estas ferramentas dão aos usuários a capacidade de produzir "acabamentos de altíssima precisão em quantidades menores de tempo" que métodos de acabamento superficial tradicionais.

Ele explicou que esta política de porta aberta se estende a todos os produtos de software Mastercam. "Por exemplo, também trabalhamos com um provedor líder de ferramentas de corte alguns anos atrás quando desenvolvendo nosso motor de toolpath Dynamic Motion", ele disse. "Estávamos tendo problemas com controle de cavaco e chegar à profundidade rapidamente durante alguns testes internos, então sugerimos que fizessem alguns ajustes em sua geometria de cortador."

Como resultado, o fornecedor de ferramentas de corte acabou adicionando uma ponta de alta velocidade à sua linha de fresas de topo livres de chatter. Mund e sua equipe aprenderam algumas coisas também, que incorporaram desde então em recursos do Mastercam. "Estes são ambos ótimos exemplos das sinergias que existem entre provedores de hardware e software, onde cada participante acaba com um produto muito melhor como resultado", disse Mund.

O Grande Vai e Vem

Thomas Raun, gerente nacional de produto para fresamento na Iscar Metals Inc., Arlington, Texas, é outro crente firme em parcerias entre empresas fazendo produtos complementares.
"Deveria haver um vai e vem contínuo", ele disse. "Às vezes são as capacidades do software deles que impulsionam nosso desenvolvimento como fabricante de ferramentas de corte, e às vezes é o contrário. De qualquer forma, estamos completamente abertos a trabalhar com desenvolvedores CAM e construtores de máquinas-ferramenta alike se isso significa melhorar produtividade para nossos clientes."

Como Ball da Seco mencionou, Raun disse que um dos desenvolvimentos mais recentes em geometria de ferramenta de corte — mais flautas — surgiu diretamente do engajamento radial leve e altas taxas de avanço do fresamento trocoidal. Iscar levou esta ideia um passo adiante oferecendo fresas de topo de metal duro sólido com uma flauta para cada milímetro de diâmetro, ferramentas que em clássica moda "galinha ou ovo" são em grande parte apenas eficazes com fresamento trocoidal.

"Claro, uma vez que você deu o primeiro passo em fresamento de alta eficiência, a próxima coisa que você vai procurar é maior engajamento axial, de modo a maximizar remoção de metal", ele disse. "Por causa disso, estamos vendo fresas de topo com comprimentos de corte de quatro e seis vezes o diâmetro — estas ferramentas estavam disponíveis antes mas eram principalmente para aplicações de nicho. Agora são bastante comuns. O desafio aqui, porém, é que os cavacos podem ter vários polegadas de comprimento; eles se acumulam muito rápido e são difíceis de limpar da zona de usinagem, então tivemos que desenvolver fresas de topo com flautas entalhadas, que dividem cavacos em pedaços gerenciáveis."

Iscar está trabalhando com desenvolvedores de software de outras maneiras também. Raun apontou para a criação anos atrás de bibliotecas contendo geometrias de ferramentas e parâmetros de corte para inclusão em uma variedade de pacotes CAM populares. Isso coloca dados importantes de aplicação a alguns cliques de mouse de distância, ele disse, e porque não há mais necessidade de digitar manualmente estes valores, essencialmente "poka-yoke" o processo de seleção de ferramenta e determinação de avanço e velocidade.

Apesar disso, Raun sugeriu tomar estes valores com um grão de sal. "Programadores geralmente entendem as taxas de avanço mais altas necessárias para fresamento de alta eficiência, mas tendem a ignorar o potencial para velocidades de corte superficiais aumentadas", ele disse. "Uma boa regra prática é dobrar a velocidade de corte recomendada quando usando um stepover de 10%, e até triplicar a 5%. Claro, isso depende da máquina-ferramenta, porque muitas delas não podem realmente alcançar as taxas de avanço necessárias para manter espessura de cavaco adequada nestas velocidades de fuso mais altas, especialmente em peças menores e geometrias complexas. Nesta situação, você acabará subalimentando a ferramenta, o que leva a fricção e desgaste prematuro."

Ficando Louco

Quando se trata de comprar máquinas-ferramenta baseadas unicamente em suas taxas de avanço e velocidades de deslocamento rápido, vale a pena olhar além da planilha, segundo Wade Anderson, gerente de especialista de produto na Okuma America Corp., Charlotte, N.C. Ele disse que Raun da Iscar está absolutamente correto sobre taxas de avanço, é por isso que isso o deixa "absolutamente louco" quando compradores de máquinas-ferramenta baseiam suas decisões de compra unicamente em um gráfico que compara valores como taxa de avanço máxima e velocidades de deslocamento rápido. "Você não pode, sob nenhuma circunstância, provar qual máquina-ferramenta é melhor olhando uma planilha", ele disse.

Concedido, comparar especificações de equipamento é um passo essencial no processo de avaliação de máquina-ferramenta, mas não é até os cavacos começarem a voar que o verdadeiro valor de uma máquina pode ser testado. Isso só é possível através de cortes de teste realistas, preferencialmente usando seu material, embora não necessariamente com suas ferramentas de corte e toolpaths. A menos que sua oficina esteja totalmente atualizada na curva de fresamento de alta eficiência, qualquer demo de máquina provavelmente (e esperançosamente) introduzirá métodos de programação, porta-ferramentas, e ferramentas de corte que sua oficina pode não estar familiarizada — tecnologias que são absolutamente necessárias se você quer ser bem-sucedido.

Você pode pensar nisso como um triângulo, Anderson explicou, com o construtor de máquina, sistema CAM, e ferramentas de corte como três componentes igualmente importantes. "Obviamente há outras variáveis como fixação e fluidos de corte que entram na equação de usinagem, mas são estes três que tendem a gerar inovações que os outros devem então perseguir e finalmente superar", ele disse.

Para qualquer aplicação que utilize altas taxas de avanço, adelgaçamento de cavaco, e estratégias de fresamento trocoidal, Anderson recomenda um centro de usinagem que tenha design de fuso superior com cone de contato duplo e conexão de face, estrutura de máquina com massa adequada e características de evacuação de cavaco necessárias para altas taxas de remoção de metal, e um controle capaz de suportar velocidades de processamento extremas.

Esta última parte reitera o que Raun aludiu anteriormente, que só porque você programa uma certa taxa de avanço não significa que a máquina-ferramenta jamais a alcançará. "Para Okuma, é importante que forneçamos uma plataforma capaz de lidar com quaisquer inovações que provedores CAM e de ferramentas de corte tragam ao mercado", Anderson disse. "Isso significa controle de máquina e sistemas servo capazes de lidar com as enormes quantidades de dados que vêm com controle de movimento dinâmico, e curvas avançadas de acel/desacel e jerk que permitem à máquina alcançar seu potencial máximo."

Há também longevidade a considerar. É uma coisa ver uma demonstração de fresamento dinâmico de alta velocidade; é outra bem diferente lidar com este tipo de trabalho ao longo de vários anos. Disse Anderson, "Se a máquina não tem massa suficiente, ou a conexão do fuso não está correta, ou o controle não consegue acompanhar, os resultados serão menos que ótimos. Todas as variáveis devem estar em equilíbrio para realizar plenamente o potencial das tecnologias mais recentes, e fazer isso a longo prazo."

Olá Velho Amigo

Ter a máquina-ferramenta certa também abre a porta para ferramentas de corte outrora consideradas adequadas apenas para aplicações especializadas. Martin Dillaman, gerente de engenharia de aplicações e gerente de projeto na Greenleaf Corp., Saegertown, Pa., disse que cerâmicas entram nesta categoria.

"Apenas na semana passada estávamos discutindo como, nos últimos cinco a dez anos, máquinas-ferramenta finalmente alcançaram ferramentas de corte cerâmicas", ele disse. "Graças a velocidades de fuso mais altas e maior rigidez da máquina, podemos aplicar estas ferramentas mais efetivamente do que podíamos no passado. Então não apenas mais oficinas agora podem usar nossos produtos, também temos a oportunidade para desenvolvimento adicional."

Dillaman apontou para vários destes desenvolvimentos, muitos dos quais nasceram através do trabalho da Greenleaf com seus clientes e seus provedores CAM. Estes incluem cerâmicas endurecidas por fase que podem absorver melhor o choque associado com operações de fresamento, cortadores indexáveis de alto cisalhamento, uma linha de fresas de topo Excelerator de passo fino sendo lançada ainda este ano, e até uma incursão em ferramentas de corte de metal duro com as geometrias Hushcut de redução de chatter da empresa.

"Definitivamente estamos vendo um aumento no número de clientes movendo-se em direção a estratégias de fresamento de alto desempenho, e estamos trabalhando para suportá-los de qualquer forma que possamos", ele disse. "Vamos sentar com seus programadores e operadores para ajudá-los a desenvolver a melhor abordagem de usinagem para qualquer material que estejam cortando e qualquer software que estejam usando, mesmo que signifique pedir ao nosso departamento de engenharia por uma solução customizada. Muitas oficinas estão empurrando o envelope estes dias, e é nosso trabalho dar a eles o maior sucesso possível."