Otimizando Produção com Usinagem no Eixo Y: Reduzindo Tempos de Configuração e Custos

Uma das megatendências de manufatura das últimas décadas é simplificar e minimizar o número de configurações de usinagem necessárias para produzir um componente específico. Mercados pedem prazos de entrega mais curtos e estoques reduzidos, e isso cria um incentivo claro para OEMs e talvez ainda mais para seus fornecedores buscarem maneiras de simplificar a produção de componentes o máximo possível.

A rentabilidade de uma determinada peça pode até depender da capacidade de combinar várias configurações em uma única máquina.

Um aspecto da tendência de configuração única é adicionar "ferramentas vivas", ou ferramentas rotativas, a centros de torneamento. Para realizar isso, máquinas de torneamento-fresamento com eixo Y foram introduzidas no final dos anos 1990. Os primeiros tipos simples de ferramentas vivas em centros de torneamento tinham uma limitação significativa. Como os cortadores rotativos na maioria dos designs de máquinas eram simplesmente adicionados ao revolver, eles só podiam ser acionados nos mesmos dois eixos de movimento das ferramentas de torneamento, ou seja, nos eixos X e Z. Para melhorar o alcance, um conjunto extra de guias foi adicionado para mover a ferramenta viva através da face do fuso. Isso foi conseguido montando as ferramentas vivas nos lados do revolver ou em sua face, instalando as guias do eixo Y em uma cama inclinada, ou usando uma cabeça de fresamento independente. Tanto fabricantes de máquinas-ferramenta quanto fabricantes logo reconheceram os benefícios desta abordagem. Agora, cerca de duas décadas depois, o eixo Y tornou-se uma característica padrão em quase todas as máquinas multi-tarefa e opcional em muitos novos centros de torneamento.

Adicionar o eixo Y a um centro de torneamento fornece angularidade de 90 graus entre os três eixos lineares, de uma forma muito parecida com um centro de usinagem de 3 eixos.

Desafios em Operações de Corte

O corte é um estágio crucial em qualquer processo de torneamento onde é necessário. Ocupa apenas uma pequena porcentagem do tempo total de corte, mas geralmente é a última operação antes da peça ser finalizada. Uma quebra da ferramenta de corte pode facilmente resultar em tempo de inatividade da máquina e problemas de qualidade, e em um cenário pior, a peça pode ter que ser sucateada e todo o valor agregado durante estágios de trabalho anteriores é perdido. Custo de material é outro fator importante. Particularmente ao trabalhar materiais caros, como superligas resistentes ao calor (HRSA), há um forte incentivo para usar os insertos mais estreitos possíveis.

Estes fatores resultam em dois requisitos diametralmente opostos para ferramentas de corte: Elas devem ser tão estreitas e esbeltas quanto possível para minimizar a perda de material e otimizar o alcance da ferramenta para diâmetros de trabalho máximos. Ainda assim, ferramentas esbeltas sofrem facilmente de má estabilidade e consequentemente de vibrações e ruído. Acabamento superficial e tolerâncias dimensionais arruinadas por vibração são riscos geralmente inaceitáveis em operações de corte. Enquanto o eixo Y ampliou substancialmente as possibilidades de usar ferramentas rotativas em máquinas multi-tarefa e centros de torneamento, agora esta capacidade inspirou uma grande inovação em uma das missões originais destes tipos de máquinas-ferramenta: corte no eixo Y.

Esta nova ferramenta e método de corte oferecem melhorias significativas de produtividade e segurança de processo em potencialmente qualquer operação de corte. A inovação da Sandvik Coromant, corte no eixo Y, é baseada em um princípio extremamente simples. Enquanto ferramentas de corte convencionais alinham-se com o eixo X da máquina-ferramenta, a ferramenta de eixo Y foi simplesmente rotacionada 90° no sentido anti-horário para alinhar-se com o eixo Y. Na configuração de ferramenta de corte convencional, a lâmina de corte relativamente longa e esbelta e o porta-ferramenta são alimentados em um ângulo de 90° na peça rotativa e a maior força de corte é gerada pela velocidade de corte, e o resto pelo movimento de avanço.

Benefícios do Corte no Eixo Y

Ao girar o assento da ponta 90 graus e utilizar o eixo Y, a ferramenta pode cortar seu caminho na peça essencialmente com sua extremidade frontal, o que quase alinha o vetor de força de corte resultante com o eixo longitudinal da lâmina. A distribuição mais favorável de forças elimina tensões críticas típicas de lâminas convencionais e aumenta a rigidez à flexão em uma profundidade máxima de corte (CDX) de 60 mm (2,36 polegadas) em mais de seis vezes. Ou, inversamente, a suscetibilidade a deformações plásticas e instabilidade é tão baixa quanto um sexto no design de eixo Y comparado com as deformações típicas de lâminas de corte convencionais. O aumento de mais de 500% na rigidez da lâmina permite avanços substancialmente mais altos e saliências maiores sem perda de estabilidade, o que consequentemente melhora a produtividade da ferramenta na mesma medida. A recomendação geral para corte de barras é minimizar a saliência (OH) ou, em uma OH longa, usar uma geometria de corte leve ou reduzir o avanço. Um valor limite comum para avanço reduzido é uma OH excedendo 1,5 vezes a altura da lâmina. Com ferramentas de eixo Y, saliências maiores podem ser alcançadas sem aceitar menos que taxas de avanço, geometrias de corte ou dimensões de ferramenta ideais.

Graças à rigidez aumentada e consequentemente flexão reduzida, ferramentas de eixo Y podem eliminar a necessidade de configurações over-center e prevenir desvantagens relacionadas como quebras prematuras de inserto ao passar pelo centro e desgaste rápido de flanco. Outros benefícios incluem níveis de ruído mais baixos, melhor acabamento superficial e um processo mais confiável, bem como a capacidade de cortar diâmetros maiores que os atualmente possíveis.

Aspectos Específicos de Máquina do Corte no Eixo Y

Centros de torneamento: Geralmente usados para produção em massa a partir de barras, tipicamente 65 mm (2,56 polegadas) de diâmetro. Neste tipo de usinagem, os maiores benefícios do corte no eixo Y são produtividade melhorada e qualidade superficial. As oportunidades para otimização de qualidade também podem ser interessantes, já que o corte é tipicamente o último estágio para um componente. Uma oportunidade adicional é melhorar a economia de usinagem reduzindo a largura do corte.

Máquinas multi-tarefa: Lâminas de corte no eixo Y oferecem principalmente acessibilidade aumentada e capacidade para diâmetros maiores. Um pré-teste confirmou um aumento de 50% na saliência ao cortar uma barra convencional de 120 mm de diâmetro na capacidade máxima de avanço do inserto. Um aumento de 300% na produtividade foi alcançado sem complicações de segurança de processo. Em um caso de teste de cliente, corte no eixo Y substituiu com sucesso serragem de fita para uma barra de Inconel de 180 mm de diâmetro, resultando em melhoria significativa de produtividade graças a tempos de usinagem dramaticamente mais curtos.

Máquinas de cama inclinada: Tipicamente, o eixo X cria uma inclinação "subida" em direção à frente da máquina, com fusos em uma ou ambas as extremidades laterais da cama inclinada, e o curso do eixo X é geralmente substancialmente mais longo que o curso do eixo Y. As limitações resultantes do espaço de trabalho devem ser consideradas ao avaliar a usabilidade do corte no eixo Y para um componente específico. Em uma máquina multi-tarefa, que essencialmente poderia ser caracterizada como um centro de usinagem com opção de torneamento, conjuntos de ferramentas típicos, como Coromant Capto® C6 ou adaptador de lâmina HSK63T, são frequentemente relativamente longos para permitir alcance suficiente entre o mandril principal e sub-mandril. Por causa disso, a configuração total é fraca na direção X comparada à carga do eixo Y, onde a força de corte é direcionada para o conjunto de ferramentas e para o fuso da máquina. Conjuntos típicos de ferramentas de eixo Y, geralmente baseados em adaptador VDI ou adaptador de lâmina parafusado para unidade de fixação adaptada à máquina (MACU), são longos e esbeltos para alcançar entre mandril principal e sub-mandril e permitir corte próximo ao mandril.

Começando

Um investimento em corte no eixo Y é antes de tudo uma mudança na abordagem às operações de corte e nas formas de trabalho relacionadas. Oferece uma maneira de utilizar mais plenamente as capacidades de máquinas já equipadas com eixo Y. Alternativamente, é uma opção que pode aumentar substancialmente a produtividade de operações de corte em uma nova máquina ou configuração de processo modificada. Corte no eixo Y pode até oferecer uma chance de reduzir o inventário de ferramentas porque há menos necessidade de lâminas dedicadas, já que as novas lâminas de eixo Y se encaixam em adaptadores padrão e usam insertos padrão CoroCut® QD.

Como consideração prática, deve-se notar que a aresta de corte está a 7 mm (0,276 polegadas) acima da posição Y = 0 quando montada em um adaptador de lâmina padrão. O operador deve certificar-se de que esta projeção seja compensada no programa CNC.

Assista aos Bastidores do Eixo Y e Demo Eixo Y.