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Otimização da fresagem através de estratégias Volumill

Categoria CadSolid TopSolid quinta-feira, 04 julho 2019

Otimização da fresagem através de estratégias Volumill

Dependendo do material e da topologia em questão, a TopSolid SAS observou ganhos no tempo de maquinação (até 70% melhor caso registado), prolongamento do ciclo de vida das ferramentas e da máquina, tudo isto graças ao VoluMill. Estando completamente integrado com o TopSolid'CAM, o VoluMill está disponível como opcional no TopSolid'CAM.

 

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    • 50% de redução de tempo gasto com o VoluMill TopSolid Edition;
    • Uma alternatva às rotinas tradicionais de desbaste;
    • Aumento da profundidade dos eixos e das velocidades de avanço;
    • Aumente a vida útil das ferramentas de corte e da máquina;
    • Redução de custos;
    • Aumento de produtividade.

    Os caminhos de ferramentas criados pelo VoluMill são suaves, usam um movimento fluído, eliminam mudanças de direcção bruscas e variações na carga da ferramenta. A utilização do VoluMill em detrimento de rotinas de maquinação mais tradicionais irá reduzir os ciclos de maquinação, aumentar a vida útil das ferramentas e colocará consideravelmente menos stress nas ferramentas da máquina. E, deste forma, reduzirá os seus custos enquanto aumenta a sua produtividade.

    Veja o artigo abaixo que apresenta uma explicação detalhada acerca do Volumill.

     

    Algoritmos para Cálculo de Percursos de Ferramentas para Desbaste

    Nos tempos que correm, as empresas concorrem entre si em mercados saturados de oferta, o que coloca maior pressão para que os métodos de produção e organização do modelo produtivo sejam pensados e executados com o objetivo misto de obter altos índices de eficácia, eficiência e qualidade na oferta aos seus clientes.

    Esta é aliás a única forma de as empresas se manterem no mercado…. Assegurando a qualidade dos seus produtos, por forma a satisfazer as necessidades dos seus clientes, mas assegurando também a utilização dos melhores métodos de produção, não só tendo em vista a qualidade do produto final, mas tendo também como foco os tempos e custos consumidos no processo

    Abordando as tecnologias de fabrico de arranque de apara, onde se incluem os ciclos de maquinação e estratégias (desgaste de máquina e das ferramentas), há avanços importantes que permitem enormes vantagens competitivas e que se abordam de seguida.

     

    Uma Estratégia Impar de Maquinação como Diferenciação Concorrencial

    A diferenciação acaba por ser “o” objetivo de qualquer Estratégia Empresarial, as empresas tentam diferenciar-se das concorrentes através dos mais variados pontos estratégicos, qualidade do produto, serviço pós-venda, formação para os utilizadores, preço do produto, design do produto, etc… Existem vários pontos onde a diferenciação pode ser obtida, mas na área dos moldes a diferenciação da empresa pode ser um pouco mais difícil de obter, num sector bastante técnico e com bastantes condicionantes, limitações e regras de “como fazer” para obter o produto que se pretende.

    Assim, e num sector carregado de regras e condicionantes uma das formas de diferenciação é a utilização de novos Algoritmos Patenteados de Cálculo do Caminho das Ferramentas de Corte e Desbaste, o que irá trazer grandes ganhos à empresa e consequentemente criar um fator de diferenciação concorrencial. Essa diferenciação é obtida através das diminuições dos ciclos de maquinação e da diminuição do desgaste da máquina e das ferramentas, sendo assim estão criadas as condições para a diferenciação da sua empresa, quer seja na redução dos prazos de entrega ou na vantagem concorrencial pelo preço.

     

    Algoritmo de Criação de Trajetórias de Maquinação Patenteados

    Introdução aos princípios básicos

    Os algoritmos de criação de trajetórias para a maquinação tentam de forma objetiva criar um caminho de ferramenta mais eficaz, mais eficiente, mais rápido… E consequentemente dotar a empresa de “ferramentas” capazes de melhorar a sua produtividade e reduzir custos. Para tal os algoritmos de criação de trajetórias de maquinação fazem o Controlo da Espessura das Aparas e com esse controlo tentam obter ganhos quer nos ciclos de maquinação e ao mesmo tempo diminuir o desgaste nas máquinas e ferramentas.

    É importante ter em conta que, a espessura de uma apara obtida por um processo de maquinação não é de facto constante. Esta apresenta a sua espessura máxima num determinado ponto e vai diminuindo gradualmente daí em diante. Se for indicado uma Rotação da Bucha e um Avanço de Corte constante a espessura da apara é dada em função do seu comprimento, quanto mais longa for a apara maior será a sua espessura inicial. E o seu comprimento é dado em função da profundidade radial de corte, ou largura de corte que é definido na grande maioria dos softwares de CAM no parâmetro Passo Lateral. – fig.1

    Volumill - Passo Lateral

     

    “Chip load” é várias vezes confundido com a espessura das aparas, mas a verdade é que por “chip load” entende-se o Avanço de Corte expresso em milímetros Avanço de Corte por Dente (IPT).

    IPT x RPM x #flutes = IPM

    O valor do IPT é igual à espessura da apara se a largura de corte (stepover) for maior ou igual a 50% do diâmetro da ferramenta, se a largura do corte for inferior a 50% do diâmetro da ferramenta então a espessura da apara será menor que o valor IPT. Os valores recomendados pelos fabricantes de ferramentas relativamente ao avanço por dente são utilizados para o cálculo da taxa de alimentação, mas não representam a espessura das aparas produzidas.

    Este cálculo é bastante simples, mas apenas é aplicável a 1% do material maquinado, isto porque não pode ser aplicado a fresagem por desbaste que representa 99% do material maquinado. Isto porque este conceito apenas pode ser adotado quando a largura de corte está próxima de ser constante e quando a largura de corte é bastante pequena. Isto quer dizer que este conceito está limitado à maquinação de paredes verticais onde a largura de corte é bastante reduzida e não sofre grandes variações.

    Se fosse possível aplicar este conceito (radial chip thinning) à Fresagem de Desbaste poderiam ser obtidos grandes ganhos de produtividade. Embora as discussões sobre o “estreitamento do raio das aparas” não sejam novidade, a “capacidade para, de forma previsível conseguir controlar a espessura máxima das aparas em Fresagem de Desbaste”, é a grande novidade do sector. O mais importante é esquecer a o estreitamento da apara e manter o foco no Controlo Ativo da Espessura da Apara.

    Variações nas larguras de corte

    As larguras de cortes variam de forma regular em fresagem de desbaste. E apesar de ser impossível eliminar as variações na largura de corte, a estratégia e o caminho definido para a maquinação, pode ter um papel fundamental na minimização dessa variação.

    É já sabido e percecionado pelos intervenientes no setor que os caminhos tradicionais de ferramentas originam cargas sobre as ferramentas desiguais, o que provoca desgaste tanto na máquina como nas ferramentas em si. Sempre que existe uma mudança de direção, uma conexão entre o final de um corte e o início de outro, ou movimento sobre o centro de uma área, as cargas sobre a ferramenta, a peça e a máquina aumentam. Nestes casos, no que diz respeito à máquina e à ferramenta a sua carga e consequente desgaste aumenta.

    Volumill - Variação nas larguras de corte

    Estes aumentos na carga são resultado direto do aumento na largura de corte. À medida que a largura de corte vai aumentando, as aparas ficam maiores, e a sua espessura aumenta também de forma proporcional. Se aumentarmos o Avanço de Corte de forma a que a espessura da apara fique nos seus valores máximos, então os momentos em que se dão estes aumentos de carga, os resultados serão catastróficos, e podemos ter a certeza de que esses aumentos de carga vão existir, como acontece sempre. Podemos então concluir que a aplicação do “Cálculo da Espessura da Apara” para o processo de maquinação tradicional não é o caminho a seguir…

    Existem no mercado algoritmos de criação de caminhos de ferramentas que abordam esta questão da largura de corte, mas a grande maioria não consegue obter uma largura de corte constante. O facto de os picos de carga representados na Fig.2 serem na sua maioria evitados, permite a utilização de parâmetros de desbaste mais agressivos. Mas com uma nota a ter em conta, estas tecnologias de criação de caminhos de ferramentas afastam-se mais ainda de da largura de corte constante de que temos vindo a falar, mas isso não quer dizer que não sejam melhores que os métodos tradicionais, principalmente em configurações de geometrias específicas, nas quais conseguem evitar a grande maioria dos picos de carga. Mas estão ainda bastante longe da perfeição, uma vez que para obterem esta solução, afastaram-se mais ainda das condições de maquinação ideais que é a maquinação com largura de corte constante.

    Existe ainda uma outra circunstância, bastante comum, em que a espessura da apara também aumenta, mas que muita gente desconhece e que é comum a todas as tecnologias de criação de caminhos de ferramentas. E sendo um artefacto histórico dos axiomas de geometria simples não existe forma de o evitar. Sempre que uma ferramenta de corte transita de uma trajetória em linha reta para uma trajetória de curvatura convexa (por norma um movimento G3, falando de Climb Milling), o ângulo de transição entre a ferramenta e o material aumenta. Isto acontece mesmo quando a profundidade radial do corte e a largura de corte permanecem constantes. Esta situação verifica-se em qualquer tipo de percurso de ferramenta, mesmo naqueles designados para controlar ativamente ângulo de transição.

    Volumill - Ângulo de transição

    É uma simples função de corte de material com uma ferramenta de corte circular, e como tal não pode ser contornada no Mundo da Maquinação. Torna-se claro que este aumento no ângulo de transição não é evitável, mas o aspeto mais negativo desta situação é a rapidez com que acontece.

    Volumill - Ângulo de transição

    Como pode ser observado na figura, o aumento do ângulo acontece no pequeno espaço de tempo em que o contorno exterior da ferramenta intersecta o ponto de tangência entre a porção linear e circular do processo corrente, como definido no corte anterior, quando o centro da ferramenta coincide com o mesmo ponto do corte corrente, acontece um aumento do ângulo de transição de forma brusca e rápida. Esta dinâmica está presente devido à natureza concêntrica utilizada na construção dos caminhos de ferramentas: sempre que os arcos estão “offsets” entre eles em sucessivos cortes dentro de um caminho de ferramentas, eles apresentam-se como concêntricos entre si. É esta configuração geométrica que origina a que este pico na carga da ferramenta esteja sempre presente.

    De forma a produzir aparas com espessura consistente, é imperativo conduzir as ferramentas de corte por uma trajetória que mantenha uma largura de corte constante, e que atenue estes picos na carga da ferramenta ao entrar nos arcos CCW através de uma distância maior, e assim num espaço de tempo também maior, o que originará picos menores na ferramenta. Esta situação já é prevista nas últimas versões de novas tecnologias de caminhos de ferramentas. A combinação desses benefícios para a maquinação com o espaçamento não concêntrico de arcos de corte adjacentes torna o controlo da espessura das aparas possível. Em vez de simplesmente observar as aparas a ficarem mais finas, é agora possível controlar de forma ativa a espessura máxima das aparas, permitindo que as ferramentas de maquinação e de corte tenham ainda melhores desempenhos e que reduzam os ciclos de maquinação ainda mais.

    Controlo Ativo da Espessura das Aparas (ACTC)

    Existem já no mercado controladores de caminhos de ferramentas que usam um parâmetro específico para o controlo da espessura das aparas, um parâmetro que está ligado intrinsecamente com os parâmetros tradicionais de rotação da bucha, avanço de corte e passo lateral (largura de corte).

    Para percebermos melhor como isto é possível, vamos analisar as alterações de fundo aplicadas aos softwares criadores de caminhos de ferramentas, é importante ter em conta alguns pontos importantes.

    É virtualmente impossível manter uma largura de corte constante durante a fresagem de desbaste exceto em cortes paralelos ou direitos, mas os programas de gestão de caminhos de ferramentas de última geração contêm uma percentagem muito maior de largura de cortes constantes que as gerações anteriores ou tradicionais. Estes softwares de última geração evitam a inclusão de arcos concêntricos na sua construção. Em vez disso, arcos de corte sucessivos são deliberadamente espaçados de forma não concêntrica, de maneira a minimizar o problema do aumento rápido da espessura das aparas, um problema que é exacerbado por softwares que utilizem o sistema de arcos concêntricos.

    Volumill - Controlo ativo de espessura das aparas

    Esta nova ótica de criar o caminho das ferramentas garante que cada arco CCW começa mais cedo que o seu “vizinho interior” adjacente, como pode observar na fig. 5. Mas isto não elimina o aumento do ângulo de transição, mas faz com que esse aumento seja distribuído por uma área maior e assim atenua os aumentos de carga na ferramenta. Além disso, o aumento na carga da ferramenta é apenas momentâneo, pois começa a diminuir imediatamente a seguir, em vez de continuar a aumentar pelo comprimento do arco, como é o caso das técnicas tradicionais.

    Através da inclusão deste tipo de construção não concêntrica, juntamente com os benefícios já enumerados anteriormente das “Larguras de Corte Predominantemente Constantes”, das “Reduções Automáticas de Avanço de Corte em Arcos CCW”, o “Controlo Ativo da Espessura das Aparas (ACTC)” torna-se então possível. O ACTC é muito mais que uma calculadora para afinação das aparas. ACTC abre um novo mundo de possibilidades para o controlo do seu processo de maquinação e permite-lhe atingir ganhos de produtividade significativos. De facto, os maiores ganhos de produtividade serão obtidos através da utilização deste novo controlador de uma forma que a afinação de aparas nunca foi pensada para ser usada, “afinação de aparas ao contrário”.

    Com base nos valores de Rotação da Bucha, Avanço de Corte, Passo Lateral e Número de Estrias na Ferramenta de Corte, o ACTC calcula e apresenta a espessura das aparas que o caminho da ferramenta irá produzir. Com esta nova forma de calculo aparecem novas possibilidades. Numa abordagem mais tradicional de afinação de aparas, o operador pode optar por ajustar a espessura da apara para a tornar igual ao valor de IPT (Avanço de Corte por Dente) e assim recalcular o Avanço de Corte. Isto fará aumentar o valor do IPM (e do IPT) de forma a que as aparas igualem, na sua espessura máxima, o valor IPT original. Ou então em vez de ajustar o Avanço de Corte para atingir a espessura da apara pretendida, podemos aumentar a Rotação da Bucha, ou o Passo Lateral. Qualquer um destes elementos pode ser calculado no momento com base na manipulação dos outros dois.

    Com estes novos Algoritmos de Cálculo de Trajetória de Ferramentas para Desbaste os seus utilizadores encontraram a possibilidade de elaborar Estratégias de Maquinação mais agressivas e com grandes reduções dos ciclos de maquinação, que nas condições ideais pode chegar aos 90% de redução do ciclo. Mas o valor médio das reduções obtidas é de 60% de diminuição do Ciclo de Maquinação.

     

    Casos Práticos

    Volumill - Caso prático

    Volumill - Caso prático

     

    Conclusão

    Os casos apresentados a cima são exemplos representativos do que a Nova Geração de Algoritmos de Cálculo de Trajetória de Ferramentas de Desbaste pode trazer de benefícios para a Maquinação. E como podemos verificar, os ganhos obtidos não se resumem à diminuição dos ciclos de produção, mas prendem-se também com as poupanças obtidas quer no desgaste das ferramentas como da máquina.

    Mas é importante ter em consideração, que as situações apresentadas a cima são apenas exemplos (práticos e reais) mas que devido ao complexo “ambiente de trabalho” na maquinação irão sempre existir limitações físicas (impostas pelas máquinas e ferramentas que a sua empresa usa, como do material a maquinar, e outros fatores diferenciadores existentes). Poderá ser tentador aumentar a largura de corte ainda mais, mas é necessário ter em atenção a capacidade da ferramenta em expelir as aparas à medida que estas vão ficando maiores. As capacidades específicas da sua máquina também terão um papel importante na estratégia de maquinação a seguir e nos ganhos possíveis de obter com estes novos Algoritmos de Cálculo de Trajetória de Ferramentas de Desbaste, mas a utilização destes, irá com certeza fomentar a utilização de todo o potencial dos seus equipamentos.

    As vantagens destes Algoritmos de Cálculo de Trajetórias para Ferramentas de Desbaste foram testadas e comprovadas em ambiente de maquinação e a sua mais valia foi evidente. A nova ótica de “Controlo Ativo da Espessura das Aparas” em combinação com a “Construção de Caminhos de Ferramentas não Concêntricos” coloca ao seu dispor a capacidade de melhorar a produtividade do seu processo de Maquinação.

     

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