Cadeia CAD CAM CNC Fresamento de superfícies complexas

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CADEIA CAD/CAM/CNC
Fresamento de Superfícies Complexas
M. Eng. Jacson Machado Nunes
São José dos Campos
Fevereiro - 2009
ÍÍNDICENDICE
� Fundamentos da tecnologia CAM
� Pós-processamento
� Estratégias de usinagem
� Desbaste e Acabamento
� Tecnologia de Usinagem
� Aplicações – O Papel da Engenharia
INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
� Menores tempos de fabricação;
� Capacidade de flexibilização;
� Ciclo de vida cada vez mais curto;
� Consumidores mais exigentes;
� Projetos com geometrias complexas.
A manufatura global tornou-se muito competitiva
� A necessidade de controlar, programar 
e operar máquinas operatrizes em 
forma confiável e rápida tornou-se 
indispensável para competitividade.
MANUFATURA MANUFATURA –– TAREFA CRTAREFA CRÍÍTICA ...TICA ...
� Investimento em novas tecnologias;
� Racionalização das operações de produção;
� Redução de tempos que não agregam valor.
É na manufatura que muitas indústrias têm buscado 
solução
INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
TECNOLOGIAS DISPONTECNOLOGIAS DISPONÍÍVEISVEIS
CASO PRCASO PRÁÁTICOTICO
Qualidade
A otimização do tempo com interpolações complexas é fato!
OBJETIVOSOBJETIVOS
Avaliação da rugosidade da superfície usinada;
Avaliação do erro dimensional do contorno;
ESTADO DA ARTEESTADO DA ARTE
O processo tradicional de manufatura de superfícies complexas na
indústria de moldes e matrizes apresenta lead time alto.
MOLDES CHINESESMOLDES CHINESES
ESTADO DA ARTE
A maior parte do tempo é consumido nas operações de usinagem e acabamento
ESTADO DA ARTE
A robotização da operação de polimento
ESTADO DA ARTE
A tecnologia HSC é uma alternativa e oferece um conjunto 
de vantagens técnicas e econômicas em vários campos de 
aplicação (TAPIE; MAWUSSI; ANSELMETTI, 2007; 
ALBERTI; CIURANA; RODRIGUEZ, 2006).
Fonte: GOMES, 2001 apud HELLENO, 2004.
ESTADO DA ARTE
Deve-se conhecer a tecnologia!
(SCHULZ, 1996)
ESTADO DA ARTE
Métodos de Interpolação da trajetória
Programas Pós-processados ↓
Desempenho da Velocidade ↑
Superfícies complexas são
representadas precisamente 
Usinagem suave e precisa ↑
MÉTODO
O experimento reteve-se à operação de acabamento por fresamento
concordante e com a trajetória da ferramenta descrevendo linhas paralelas. 
Parâmetros Fixos
vf
canto vivo
raio = 4mm
Velocidade de 
Avanço
75 º
Material X Desgaste
Pontos críticos
MÉTODO
Análise da velocidade efetiva da ferramenta durante o 
processo de usinagem
APATARO EXPERIMENTAL
Execução da usinagem
Software CAM Centro de usinagem
Morsa
Ferramenta 
de corte
Mandril, HSK e 
pinça
Peça 
usinada
Comando 
SINUMERIK 
840 D
APATARO EXPERIMENTAL
Dispositivo para medição do desvio de contorno e rugosidade
Centro de usinagem
Peça usinada
Rugosímetro
MMC
APATARO EXPERIMENTAL
Dispositivo para medição da velocidade efetiva de avanço do fuso
Centro de usinagem
CPU do CNC
Velocidade de avanço para fz=0,1mm/dente e tolerância CAM=0,001mm
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120
comprimento da peça (mm)
v
f
e
f
e
t
i
v
a
 
(
m
/
m
i
n
)
-5
0
5
10
15
20
25
30
A
l
t
u
r
a
 
(
m
m
)
linear circular polinomial vfprogramada contorno da peça
Velocidade de avanço para fz=0,3mm/dente e tolerância CAM=0,001mm
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 20 40 60 80 100 120
comprimento da peça (mm)
v
f
e
f
e
t
i
v
a
 
(
m
/
m
i
n
)
-5
0
5
10
15
20
25
30
A
l
t
u
r
a
 
(
m
m
)
linear circular polinomial vfprogramada contorno da peça
RESULTADOS E DISCUSSÕES
↑ Avanço por dente
Redução Brusca da Velocidade
Redução Amenizada
Perfil de velocidade suave
Velocidade de avanço para tolerância CAM=0,001mm e fz=0,1mm/dente
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120
comprimento da peça (mm)
v
f
e
f
e
t
i
v
a
 
(
m
/
m
i
n
)
-5
0
5
10
15
20
25
30
A
l
t
u
r
a
 
(
m
m
)
linear circular polinomial vfprogramada contorno da peça
Velocidade de avanço para tolerância CAM=0,025mm e 
fz=0,1mm/dente
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120
comprimento da peça (mm)
v
f
e
f
e
t
i
v
a
 
(
m
/
m
i
n
)
-5
0
5
10
15
20
25
30
A
l
t
u
r
a
 
(
m
m
)
linear circular polinomial vfprogramada contorno da peça
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Mínimo Avanço por dente
↑ Tolerância
Sobreposição
Efeito da interpolação e tolerância CAM no 
tempo de usinagem para avanço mínimo
1,79
2,10
1,62 1,541,78 1,35
0,025 0,001
tolerância CAM (mm)
t
e
m
p
o
 
(
m
i
n
)
linear circular polinomial
Efeito da interpolação e tolerância CAM no 
tempo de usinagem para avanço máximo
1,36
1,70
1,11 1,01
1,35
0,83
0,025 0,001
tolerância CAM (mm)
t
e
m
p
o
 
(
m
i
n
)
linear circular polinomial
Tempos de Usinagem
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Avanço Mínimo
Tolerância 0,001 mm
Ganho 36 %
Avanço Máximo
Tolerância 0,001 mm
Ganho 50 %
MÉTODO
Análise dimensional e comparação da superfície 
com o modelo de projeto
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Influência da tolerância CAM e da interpolação no comportamento do desvio entre a 
peça medida e o contorno nominal para o avanço mínimo
-0,03
-0,025
-0,02
-0,015
-0,01
-0,005
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
0,04
0,001 0,025
tolerância CAM (mm)
d
e
s
v
i
o
 
(
m
m
)
linear-max circular-max polinomial-max linear-mín circular-mín polinomial-mín
tolerância CAM = + 0,025
tolerância CAM = - 0,025
Análise dimensional e comparação da superfície com o 
modelo de projeto
Influência da tolerância CAM e da interpolação no comportamento do desvio entre a 
peça medida e o contorno nominal para o avanço máximo
-0,03
-0,025
-0,02
-0,015
-0,01
-0,005
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
0,04
0,001 0,025
tolerância CAM (mm)
d
e
s
v
i
o
 
(
m
m
)
linear-max circular-max polinomial-max linear-mín circular-mín polinomial-mín
tolerância CAM = + 0,025
tolerância CAM = - 0,025
Avanço Mínimo e Máximo
Tolerância 0,001 mm
Desvios dentro da faixa
Admissível
↑ Tolerância
Influência
desprezível
MÉTODO
Avaliação da rugosidade superficial
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Rugosidade Rz no corte ascendente e f=0,3mm
4,7
3,0
3,3
3,5
3,1
3,0
0,001
0,025
t
o
l
e
r
â
n
c
i
a
 
C
A
M
 
(
m
m
)
Rz (µm)
linear circular polinomial
Avaliação da rugosidade superficial
Rugosidade Rz no corte descendente e f=0,3mm
4,1
3,1
5,6
5,7
3,4
3,9
0,001
0,025
t
o
l
e
r
â
n
c
i
a
 
C
A
M
 
(
m
m
)
Rz (µm)
linear circular polinomial
Região 
Ascendente Região Descendente
Avanço Máximo
Vantagem da Polinomial
∆ = 1,6 µm ∆ = 0,7 µm
Avanço Máximo
↑ Tolerância
Pouca Variação
∆ = 0
∆ = 0,7 µm
Interpolação Linear
423 linhas
Interpolação Circular
32 linhas
Interpolação Polinomial
23 linhas
Programa com Interpolação
Circular e Polinomial
95 % Menores
RESULTADOS E DISCUSSÕES
USINAGEM EM 5-EIXOS
PROGRAMAÇÃO CAM - CARMEN
M. Eng. Jacson Machado Nunes
e-mail: jacson@ita.brTel: +55 (12) 3947-6948
Fax: +55 (12) 3947-5814
Instituto Tecnológico de Aeronáutica - ITA
Divisão de Engenharia Mecânica-Aeronáutica
http://www.ita.br/aim
Praça Marechal Eduardo Gomes, 50
Vila das Acácias - CEP 12228-900
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