Metodologia para a selecção de funções de maquinagem em sistemas CAD/CAM, para operações de fresagem multi-eixos

O presente trabalho aborda a construção de protótipos utilizando um centro de maquinagem CNC multi-eixos. É feita também uma abordagem ao novo formato que se encontra em desenvolvimento para a transferência de dados entre os softwares de CAD/CAM e os controladores CNC. Este novo formato de dados conhecido por STEP-NC tem como objectivo principal a comunicação directa entre os controladores CNC e os softwares de CAD/CAM, o que actualmente não é possível, uma vez que existe a necessidade de recorrer sempre a um pós-processador de dados para converter as trajectórias de maquinagem criadas pelos softwares de CAD/CAM em linguagem ISO específica para cada controlador CNC. A inovação introduzida com a elaboração deste trabalho consiste na obtenção de protótipos num centro de maquinagem CNC utilizando um único aperto do bruto de maquinagem. Para isso recorreu-se à fixação do bruto de maquinagem directamente à bucha do eixo rotativo (4º Eixo), permitindo assim que este rode quando existe a necessidade de maquinar uma outra face do protótipo, evitando desta forma a criação de novas fixações e a presença de um operador junto da máquina. A utilização deste novo método permite-nos ainda uma grande aproximação entre os centros de maquinagem CNC e as máquinas de prototipagem rápida (por adição de camadas) dado que em ambas se podem obter protótipos sem a intervenção do operador durante a totalidade da sua construção. Os testes práticos foram realizados no Instituto Superior de Engenharia de Lisboa (ISEL), e a peça utilizada como protótipo para a realização dos ensaios foi facultada por uma empresa especializada na construção de componentes aeronáuticos (LAUAK Portuguesa).

Otimização dos parâmetros de maquinagem no processo de fresagem

Cada vez mais, os principais objetivos na indústria é a produção a baixo custo, com a máxima qualidade e com o tempo de fabrico o mais curto possível. Para atingir esta meta, a indústria recorre, frequentemente, às máquinas de comando numérico (CNC), uma vez que com esta tecnologia torna se capaz alcançar uma elevada precisão e um tempo de processamento mais baixo. As máquinas ferramentas CNC podem ser aplicadas em diferentes processos de maquinagem, tais como: torneamento, fresagem, furação, entre outros. De todos estes processos, o mais utilizado é a fresagem devido à sua versatilidade. Utiliza-se normalmente este processo para maquinar materiais metálicos como é o caso do aço e dos ferros fundidos. Neste trabalho, são analisados os efeitos da variação de quatro parâmetros no processo de fresagem (velocidade de corte, velocidade de avanço, penetração radial e penetração axial), individualmente e a interação entre alguns deles, na variação da rugosidade num aço endurecido (aço 12738). Para essa análise são utilizados dois métodos de otimização: o método de Taguchi e o método das superfícies. O primeiro método foi utilizado para diminuir o número de combinações possíveis e, consequentemente, o número de ensaios a realizar é denominado por método de Taguchi. O método das superfícies ou método das superfícies de resposta (RSM) foi utilizado com o intuito de comparar os resultados obtidos com o método de Taguchi, de acordo com alguns trabalhos referidos na bibliografia especializada, o RSM converge mais rapidamente para um valor ótimo. O método de Taguchi é muito conhecido no setor industrial onde é utilizado para o controlo de qualidade. Apresenta conceitos interessantes, tais como robustez e perda de qualidade, sendo bastante útil para identificar variações do sistema de produção, durante o processo industrial, quantificando a variação e permitindo eliminar os fatores indesejáveis. Com este método foi vi construída uma matriz ortogonal L16 e para cada parâmetro foram definidos dois níveis diferentes e realizados dezasseis ensaios. Após cada ensaio, faz-se a medição superficial da rugosidade da peça. Com base nos resultados obtidos das medições da rugosidade é feito um tratamento estatístico dos dados através da análise de variância (Anova) a fim de determinar a influência de cada um dos parâmetros na rugosidade superficial. Verificou-se que a rugosidade mínima medida foi de 1,05m. Neste estudo foi também determinada a contribuição de cada um dos parâmetros de maquinagem e a sua interação. A análise dos valores de “F-ratio” (Anova) revela que os fatores mais importantes são a profundidade de corte radial e da interação entre profundidade de corte radial e profundidade de corte axial para minimizar a rugosidade da superfície. Estes têm contribuições de cerca de 30% e 24%, respetivamente. Numa segunda etapa este mesmo estudo foi realizado pelo método das superfícies, a fim de comparar os resultados por estes dois métodos e verificar qual o melhor método de otimização para minimizar a rugosidade. A metodologia das superfícies de resposta é baseada num conjunto de técnicas matemáticas e estatísticas úteis para modelar e analisar problemas em que a resposta de interesse é influenciada por diversas variáveis e cujo objetivo é otimizar essa resposta. Para este método apenas foram realizados cinco ensaios, ao contrário de Taguchi, uma vez que apenas em cinco ensaios consegue-se valores de rugosidade mais baixos do que a média da rugosidade no método de Taguchi. O valor mais baixo por este método foi de 1,03μm. Assim, conclui-se que RSM é um método de otimização mais adequado do que Taguchi para os ensaios realizados. Foram obtidos melhores resultados num menor número de ensaios, o que implica menos desgaste da ferramenta, menor tempo de processamento e uma redução significativa do material utilizado.