INFLUÊNCIA DAS TRAJETÓRIAS DE USINAGEM E DA TOLERÂNCIA DE CÁLCULO NO TEMPO REAL DE FRESAMENTO DE FORMAS COMPLEXAS

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1 INFLUÊNCIA DAS TRAJETÓRIAS DE USINAGEM E DA TOLERÂNCIA DE CÁLCULO NO TEMPO REAL DE FRESAMENTO DE FORMAS COMPLEXAS Lucas Gomes Camargo, lucascamargoeng@hotmail.com 1 Adriano Fagali de Souza, adriano.fagali@ufsc.br 1 Leandro Podda, leandro_podda@hotmail.com 1 Felipe Schappo, feschappo@hotmail.com 1 Alessandro Roger Rodrigues, roger@sc.usp.br 2 1 Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC Campus Joinville, Rua Presidente Prudente de Moraes, 406, Joinville SC - CEP Universidade de São Paulo. EESC-USP. Trabalhador São Carlensse, 400. São Carlos-SP. Resumo: Conhecer o tempo real de usinagem no fresamento de moldes e matrizes é fundamental para realizar o planejamento de produção e definir o custo destas operações. Sabe-se que essa é uma grande dificuldade neste processo de fabricação, pois, embora os sistemas CAM, que realizam o cálculo das trajetórias, estimem o tempo de usinagem, esta estimativa pode ser muito inferior ao tempo real. Este fato ocorre devido ao CAM não considerar as limitações de trabalho das máquinas CNC, que ocorrem mesmo em equipamentos de alta performance. Nesse contexto, este trabalho tem por objetivo avaliar a influência da tolerância no cálculo das trajetórias de ferramenta na redução da velocidade de avanço da máquina e quantificar as diferenças entre o tempo de fresamento previsto pelo CAM e o tempo real de usinagem. Adicionalmente, foram avaliadas diferentes estratégias de usinagem e os tempos estimados por um software comercial específico para a simulação de usinagem, além de um software desenvolvido para estimar o tempo real de usinagem, no fresamento de formas complexas. Os resultados mostram que o método utilizado para previsão de tempo de usinagem no sistema CAM e no software de simulação são semelhantes, sendo que nos dois softwares os tempos calculados se mantiveram constantes em todas as trajetórias, não considerando assim as variações da velocidade de avanço real, que impactou no tempo de usinagem. Os resultados mostram grandes diferenças no tempo real de usinagem entre as diferentes estratégias para o mesmo valor de tolerância. Palavras-chave: moldes e matrizes; fresamento; tempo real de usinagem; sistemas CAM. 1. INTRODUÇÃO A crescente exigência do mercado consumidor por produtos mais atraentes com formas geométricas mais harmônicas faz aumentar a necessidade de se produzir superfícies cada vez mais complexas e detalhadas. Com isso, as empresas fornecedoras deste segmento, como as indústrias fabricantes de moldes e matrizes, devem planejar a sua produção de forma a garantir alta precisão e produtividade. Esses fatores constituem uma correlação negativa, sendo que o aumento de um implica na diminuição do outro. A precisão requerida é definida pela tolerância inserida nos processos de fabricação, e a produtividade é avaliada pelo tempo gasto nessas operações. Por isso, estudar a relação entre tolerância e tempo de produção é fundamental para se obter eficiência e alto rendimento na empresa. O principal processo de fabricação desses ferramentais é a usinagem utilizando sistemas CAD/CAM (Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing). Os sistemas CAM são responsáveis pelo cálculo das trajetórias de ferramenta para o fresamento de formas complexas. Segundo a norma DIN 66025, estas trajetórias são descritas por pequenos segmentos de retas que se aproximam da superfície a ser usinada. Para realizar este cálculo, uma margem de erro é introduzida ao processo, através de uma banda de tolerância que é representada por um offset da superfície, observada na Fig.(1).

2 Figura 1. Segmento de reta e tolerância em uma superfície complexa. A tolerância esta relacionada com a precisão da usinagem, com o tempo de usinagem e com o tempo de cálculo da trajetória (Souza, 2001). Reduzir a banda de tolerância aumenta o número segmentos de reta que deverão ser calculados, o que impacta diretamente no tempo de usinagem. O ponto onde ocorre o contato entre a ferramenta de ponta esférica e a peça é denominado Cutter Contact (CC). Para geração de programas CNC (Comando Numérico Computadorizado) é adotado um ponto de referência denominado Cutter Location (CL) (Souza e Ulbrich, 2013). A Figura (2) ilustra o CC e CL em situações distintas da usinagem. Nota-se que na medida em que a ferramenta realiza a usinagem seu ponto de contato com a superfície (CC) muda. Quando o eixo central da ferramenta se sobrepõe ao vetor normal à superfície, o CC e o CL situam-se no mesmo local (Fig.(2-a)). Quando o eixo central da ferramenta ficar perpendicular ao vetor normal a curva (Fig.(2-c)), a distância entre CC e CL será máxima. Enquanto o ângulo entre a ferramenta e o vetor normal estiver entre 0 e 90 (Fig.(2-b)), a distância entre CC e CL será proporcional ao ângulo α gerado. Figura 2. Diferentes posições de usinagem em uma superfície complexa. A partir de uma tolerância adotada, os segmentos são gerados entre dois CC consecutivos. O novo segmento de reta é calculado na medida em que a ferramenta, o CC, atinge a banda de tolerância. De acordo com Faux e Pratt (1979), aplicando a Eq.(1) consegue-se calcular o tamanho do segmento de reta (Fig.(3)), onde L é o comprimento do segmento de reta, é o raio de curvatura da curva e é a tolerância. Desta maneira obtemos os segmentos de reta que formarão sua trajetória. Figura 3. Exemplificação para o cálculo do tamanho do segmento de reta.

3 ( ) (1) O software calcula a próxima posição do CC e realiza uma conversão para o CL. Choi e Jerard (1998) apresenta uma equação para esta conversão. Com a aplicação de um cálculo vetorial, sendo o raio da ferramenta e o vetor normal a curva, como ilustrado na Fig.(2), ele deduz a Eq.(2). A precisão e o tempo de usinagem dependem diretamente da qualidade dos programas CNC gerados pelos sistemas CAM. Conforme estudo realizado por Souza et al. (2006), os softwares CAM disponíveis no mercado apresentam grandes diferenças no método e tempo de cálculo das trajetórias, na precisão e qualidade da superfície usinada, e no tempo real de usinagem. Nessa cadeia de produção, conhecer o tempo real de usinagem no fresamento de moldes e matrizes é fundamental para realizar o planejamento de produção e definir o custo destas operações. Sabe-se que essa é uma grande dificuldade neste processo de fabricação, pois, embora os sistemas CAM, que realizam o cálculo das trajetórias, estimem o tempo de usinagem, esta estimativa pode ser muito inferior ao tempo real. Este fato ocorre devido ao CAM não considerar as limitações de trabalho das máquinas CNC, que ocorrem mesmo em equipamentos de alta performance. Souza e Coelho (2007) analisaram as variações e limitações da velocidade de avanço na usinagem de formas complexas em altas velocidades (HSM High Speed Milling). Os autores identificaram que a variação da velocidade de avanço durante o fresamento 3 eixos poderiam ocorrer principalmente por: 1. Limitação dinâmica da máquina: Trajetórias 3D em altas velocidades estão sujeitas aos efeitos inerciais e do sistema de controle da dinâmica dos eixos, limitando então a velocidade de avanço pela estrutura física da máquina. 2. Alto tempo de processamento do bloco e do loop de controle, onde a máquina não consegue processar os comandos de movimentação para atingir a velocidade de avanço programada. 3. Estratégia de usinagem com segmentos pequenos, o que faz a máquina reduzir para manter a continuidade C O da curva. Os autores realizaram experimentos para avaliar o papel de cada um desses fatores na variação da velocidade de avanço. Os resultados indicam que a principal limitação do conjunto máquina-cnc atualmente é o tempo de processamento. As restrições dinâmicas e inerciais da movimentação ainda não representam um fator significativo, pois as questões de processamento são os fatores limitantes no desenvolvimento das máquinas na atualidade. Eles também encontraram uma relação entre o tamanho dos segmentos da interpolação linear presente nos percursos (comando G01), a banda de tolerância e a velocidade de avanço atingida. A velocidade de avanço atinge valores superiores com o aumento do tamanho do segmento de reta que compõem o programa CNC para usinagem de formas complexas. Contudo, para se obter programas com segmentos maiores deve-se comprometer a precisão, pois se necessita aumentar a banda de tolerância. Com as oscilações do avanço programado, a estimativa de tempo de usinagem realizado no CAM torna-se imprecisa. Segundo Coelho et al 2010, este erro de estimativa do tempo varia de acordo com o nível de sofisticação da máquina, sendo que para máquina de alta velocidade o erro obtido pelos autores foi de 211% e nas máquinas CNC convencionais de 1.244%. Liu et al. (2013) caracterizaram os métodos de previsão do tempo de usinagem em quatro grupos: 1. Previsão baseada na taxa de remoção de material. 2. Previsão baseada em inteligência artificial. 3. Previsão baseada no programa CNC. 4. Previsão baseada no programa CNC e características do conjunto máquina-cnc. Os autores afirmam que os métodos baseados na taxa de remoção de material e em inteligência artificial só podem ser aplicados em previsões grosseiras devido às informações inadequadas. O método de previsão baseada no programa CNC considera apenas o tamanho dos segmentos da trajetória e a velocidade de avanço programada. Este método é utilizado por softwares CAM e softwares de simulação de programas CNC, sendo mais preciso do que os citados anteriormente, mas ainda é equivocado por desconsiderar as limitações da máquina. Segundo Coelho et al. (2010), esse método leva em consideração apenas o comprimento total da trajetória e a velocidade de avanço programada, considerando esta constante durante toda a usinagem, desconsiderando as limitações da máquina. Vale ressaltar que, conforme Camargo et al. (2014), o método de simulação empregado pelos sistemas CAM é diferente do empregado pelos softwares de simulação, pois ele ainda não apresenta os códigos reais que irão realizar a usinagem sendo baseado em códigos binários internos do software. Liu et al. (2013) declaram que o método baseado no programa CNC e nas características do conjunto máquina-cnc pode ser muito mais preciso que os demais. Essas características do conjunto máquina-cnc incluem os parâmetros de performance da máquina tais como: velocidade máxima, aceleração máxima, perfis de velocidade e perfis de aceleração; bem como as questões vinculadas ao processamento descritas acima. Dentre os diversos métodos desenvolvidos nesta classe, Siller et al. (2006) desenvolveram um método que aproxima o tempo de usinagem através da velocidade de avanço média para duas situações extremas na máquina: (2)

4 movimentações bruscas e suaves. Estas movimentações são caracterizadas através de experimentos e suas influências no tempo de usinagem são diretamente ligadas à complexidade da geometria, analisada através da distribuição dos tamanhos dos segmentos da trajetória em classes. O tempo total de usinagem é obtido através de uma equação analítica que relaciona a porcentagem da usinagem realizada com movimentações bruscas com a realizada com movimentações suaves. A variável de proporção entre os dois casos é determinada empiricamente considerando a extensão dos segmentos pequenos quando toda a movimentação é considerada como brusca. Outro método desta classe foi registrado por Souza et al. (2008), o qual propõe a classificação do conjunto máquina-cnc quanto ao seu desempenho em alcançar a velocidade de avanço programada quando se utiliza trajetórias com pequenos segmentos lineares (G01), como na usinagem de formas complexas. Este parâmetro foi denominado MRT (Machine Response Time Tempo de Resposta da Máquina), e vem sendo utilizado para caracterizar a capacidade de qualquer máquina-cnc na usinagem de formas complexas. O MRT é definido como o tempo que a máquina leva para realizar o movimento, completando o loop da movimentação. Este valor depende da velocidade de leitura de uma linha de comando (Block Processing Time), da velocidade de interpolação da máquina e do tempo necessário para completar o loop de controle. Deste modo, o MRT caracteriza o conjunto máquina-cnc por sua capacidade de movimentação em trajetórias complexas em alta velocidade (Coelho et al., 2010). O MRT define a velocidade máxima atingida pela máquina com determinado tamanho de segmento da trajetória. Com isso, o procedimento para determinar o tempo total de usinagem analisa o tamanho de cada segmento do percurso, verificando se ele atingirá a velocidade programada ou não. Se ela não atingir a velocidade programada, ele determina qual a velocidade real que a máquina irá se movimentar. Com o tamanho e a velocidade de movimentação de cada segmento, calcula-se o tempo de usinagem de cada segmento, e consequentemente o tempo total de usinagem. Foi desenvolvido um software chamado de CAMEstimator (Souza et al., 2008) para executar o método acima descrito com uma interface de comunicação com o usuário. Diante destas questões, observa-se a importância em se conhecer o tempo real de usinagem, e relacioná-lo com os demais parâmetros significativos para o processo. Este trabalho tem por objetivo avaliar a influência da tolerância no cálculo das trajetórias de ferramenta na redução da velocidade de avanço da máquina e quantificar as diferenças entre o tempo de fresamento previsto por diferentes métodos desenvolvidos para prever o tempo de usinagem. 2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Foram realizados experimentos de movimentação de usinagem em operação de acabamento utilizando uma geometria característica na indústria. A movimentação foi realizada em um centro de usinagem da marca Romi e modelo D600. A máquina tem potência instalada de 30 kw e comando numérico GE-Fanuc 0i-MC. Os programas CNC foram gerados via sistema CAM. Foi avaliada a influência da tolerância e da estratégia de usinagem no tamanho dos programas CNC, e consequentemente no tempo real de usinagem. Os dados obtidos no tempo real de usinagem foram comparados com os tempos previstos por diferentes métodos de previsão de tempo de usinagem. O software WorkNC V.21 (VeroSescoi) foi utilizado para calcular as trajetórias de ferramenta, na geração dos programas CNC e para estimar o tempo de usinagem via CAM. O software VeriCut (CGTECH) foi utilizado para realizar a simulação dos programas CNC e para se obter a estimativa de tempo de usinagem por este método. O software CAMEstimator foi utilizado para avaliar o tempo de usinagem dos programas CNC estudados, conforme método de estimativa proposto por Souza et al. (2008) e Coelho et al. (2010) Geometria E Trajetórias Utilizadas No Experimento A geometria utilizada nos experimentos representa uma matriz de forjamento de biela, produto característico deste segmento, que é composta em equilíbrio por formas lineares mais simples e regiões mais detalhadas e complexas. Por isso constitui um bom exemplo de usinagem para esta análise (Fig. (4)). A geometria não foi propriamente usinada, pois o intuito do trabalho não era analisar a usinagem, e sim as reais velocidades de trabalho e os cálculos das trajetórias. As trajetórias foram geradas com a variação de dois parâmetros: a tolerância e a estratégia de usinagem. Cada parâmetro foi alterado três vezes, resultando num total de nove experimentos. A Tab.(1) apresenta a matriz experimental. Tabela 1. Matriz experimental. Experimento 1 2 Estratégia de usinagem Passes paralelos Tolerância (mm) 0,100 0,010

5 D offset Espiral 0,001 0,100 0,010 0,001 0,100 0,010 0,001 As estratégias de usinagem utilizadas foram escolhidas por serem comumente utilizadas na operação de acabamento por fresamento, constituindo então casos de aplicação direta do estudo. Os valores das tolerâncias foram variados em uma proporção de dez vezes, caracterizando a faixa de valores normalmente utilizada na indústria. A área de usinagem foi limitada na região mais complexa da geometria, local que contém pequenos detalhes em que a variação da banda de tolerância afeta significativamente o tamanho dos segmentos e consequentemente varia a velocidade de avanço. As velocidades foram as mesmas para todos os experimentos e são apresentadas na Tab.(2). Tabela 2. Parâmetros da operação de acabamento. Ferramenta Avanço Velocidade de corte Esférica 4 mm 4000 mm/min 15 m/min Rotação 1200 RPM O procedimento escolhido para relacionar e comparar as estratégias foi igualar o comprimento total das movimentações da usinagem. Este processo foi alcançado variando o valor do avanço radial (ae) nas trajetórias até que os tempos previstos pelo CAM convergissem para um valor comum. O tempo atingido foi de 92s. Como o cálculo do tempo de usinagem do CAM é baseado na velocidade de avanço e no tamanho total dos segmentos, sendo a velocidade de avanço igual em todos os experimentos, iguala-se o comprimento total das movimentações da usinagem. Shajari et al (2014) mostra que as diferenças entre os tempos de usinagem em diferentes estratégias não são causadas pelas movimentações de posicionamento, para estratégias de acabamento que buscam o contato ferramentapeça contínuo. Desta forma, as movimentações de avanço rápido, aproximações e retrações foram minimizadas e desconsideradas, analisando apenas o tempo de usinagem. A Figura (4) ilustra as trajetórias calculadas pelo CAM e analisadas neste estudo.

6 Figura 4. Geometria e trajetórias utilizadas no experimento: a) Passes paralelos; b) 3D offset; c) Espiral Previsão Do Tempo De Usinagem Via Software De Simulação Do Código CNC O software utilizado nos experimentos é responsável pela simulação de usinagem de uma peça/produto para analisar se as trajetórias calculadas pelo CAM durante as etapas de usinagem estarão susceptíveis a colisões. As colisões podem ocorrer por três fatores: i) definição equivocada do usuário do CAM em algum parâmetro de movimentação; ii) por erros de cálculo do software CAM; iii) erros após a etapa de pós-processamento. Para o estudo foram analisados e verificados as nove trajetórias pelo software especifico de simulação de usinagem e constatado que não haveria colisões durante o procedimento experimental. Nas simulações são fornecidos os tempos previstos de usinagem para cada código CNC Previsão do Tempo de Usinagem Baseada no Programa CNC e nas Características do Conjunto Máquina- CNC Via o Software CAMEstimator Foi utilizado o software CAMEstimator que emprega o método proposto por (Souza et al., 2008; Coelho et al., 2010) para previsão dos tempos de usinagem. Este método necessita do valor do MRT, um parâmetro geral que caracteriza a máquina e pode ser obtido para qualquer conjunto máquina-cnc. O método para obter este valor é descrito a seguir: 1. Executar um programa linear com comando G01 com pequenos incrementos (ex.: 0,1 mm) por aproximadamente 300 mm, com alta velocidade de avanço (ex.: 5000 mm/min). Sabe-se que mesmo as máquinas mais modernas não alcançarão a velocidade programada pelos motivos citados anteriormente. 2. Como os incrementos são iguais, a velocidade de avanço será reduzida para um valor constante durante toda a usinagem. Portanto, a velocidade de avanço real f p poderá ser observada na tela do CNC. 3. O MRT é obtido através da Eq. (3), onde é um fator de conversão e s i é o tamanho do incremento do programa executado. [ ] [ ] [ ] (3) O procedimento acima descrito foi realizado com incremento de 0,1 mm e velocidade de avanço programada de 5000 mm/min por 300 mm. O mesmo processo foi realizado em movimentos uniaxiais em X, Y e Z; em movimento planares nos planos XY, XZ e YZ, e utilizando os três eixos de movimentação XYZ. Para todos os casos o valor obtido como velocidade máxima alcançada foi de 750 mm/min. Com estes valores definidos, estimou-se o tempo de usinagem de cada um dos nove experimentos. O CAMEstimator necessita das seguintes informações: tamanho do segmento testado em mm, velocidade de avanço máximo da máquina (comando G00), velocidade de avanço alcançado no experimento, e o código CNC em formato.txt. Ele realiza internamente o cálculo do MRT e fornece como resultados o comprimento total dos segmentos, o tempo de usinagem previsto pelo CAM e o tempo de usinagem previsto pelo seu método, além de gráficos comparativos. A interface do software é apresentada na Fig. (5).

7 Tempo real (s) 8º Congresso Brasileiro de Engenharia de Fabricação Figura 5. Interface do software CAMEstimator. 3. Resultados E Discussões 3.1. Tempo Previsto Pelo Software De Simulação O tempo previsto pelo software de simulação foi de 94s para todos os experimentos, constante e muito próximo do valor indicado pelo software CAM, como era esperado. Este fato evidencia que o método utilizado para prever o tempo de usinagem é muito semelhante nos dois casos. A diferença está apenas no fato de, como já foi dito anteriormente, o sistema CAM utilizar o seu código binário interno para simular, e o software de simulação utilizar o código CNC Tempo Real De Usinagem A Figura (6) apresenta os tempos reais de usinagem e a Fig. (7) o número de linhas de cada código CNC para cada experimento Passes Paralelos 3D Offset Espiral 203 Tolerância 0.1 mm Tolerância 0.01 mm Tolerância mm Figura 6. Comparação entre as estratégias de usinagem e os valores de tolerância.

8 Número de linhas 8º Congresso Brasileiro de Engenharia de Fabricação Experimentos Figura 7. Número de linhas do programa CNC para cada experimento. Com a análise dos valores obtidos nos experimentos, é possível observar resultados expressivos, tais como: A estratégia de usinagem em passes paralelos apresentou o melhor custo-benefício entre as estudadas, pois, diminuindo a tolerância em 100 vezes (0,1 para 0,001), o tempo de usinagem aumenta em apenas 88%. Este fato se deve ao algoritmo de passes paralelos ser um dos mais desenvolvidos atualmente. Ele apresenta o menor número de pontos em todas as trajetórias, e os menores tempos de usinagem (salvo o experimento 4). Isso demonstra uma distribuição de pontos eficiente, o que faz com que o tamanho dos segmentos seja maior, alcançando velocidades de avanço maiores e consequente menor tempo de usinagem. A estratégia de usinagem em espiral também apresentou resultados semelhantes. No primeiro valor de tolerância (0,1 mm), ela atingiu o mesmo tempo de usinagem da trajetória em passes paralelos. Diminuindo a tolerância em 100 vezes (0,1 para 0,001) o tempo de usinagem aumentou em 103%. Mesmo com os números de pontos do programa CNC sendo superiores aos dos passes paralelos, o tempo se manteve bem próximo em todos os casos. Isto indica uma boa distribuição dos pontos gerados, pois, mesmo com um número maior de pontos e segmentos na trajetória, esta distribuição é calculada para manter um tamanho de segmento aproximadamente constante, e consequentemente manter constante a velocidade de avanço. O tempo de usinagem atingido com a menor tolerância (0,001 mm) foi superior ao valor de passes paralelos em 7,4%, e o número de linhas no mesmo caso foi superior ao valor de passes paralelos em 21,5%, quase três vezes mais que o tempo. Estes dados provam a otimização dos pontos realizada por esta estratégia. Da estratégia de usinagem 3D offset foram obtidos os resultados mais críticos. No primeiro valor de tolerância (0,1 mm) ela foi mais eficiente que as demais com diminuição do tempo de usinagem em 5%. Porém, com a diminuição da tolerância em 10 vezes (0,1 para 0,01) o tempo de usinagem aumentou em 57,9%. E diminuindo em 100 vezes a tolerância (0,1 para 0,001), o tempo de usinagem aumenta em 500%, cinco vezes mais que as demais, representando cerca de 3 vezes o tempo de usinagem das demais estratégias neste caso. Portanto, para este nível de precisão sugere-se evitar a estratégia 3D offset. Estes valores provam o quanto à distribuição dos pontos desta estratégia é sensível às variações da banda de tolerância, principalmente com baixos valores de tolerância/alta precisão. Este fato é comprovado pelo número de pontos e segmentos gerados pelo 3D offset, sendo em média 36,7% maior que as demais estratégias, chegando a ser 73,6% superior no caso mais crítico. Com as tolerâncias definidas, os métodos de previsão utilizando apenas o código CNC (CAM e software de simulação) obtiveram no experimento 4 um erro de apenas 2,2%. Por outro lado, no caso mais extremo do experimento 6, o erro chegou a 511,8%. A média dos erros foi de aproximadamente 100% para os casos estudados, o que prova que estes métodos de previsão não são adequados para estimar o tempo de usinagem para baixos valores de tolerância/alta precisão.

9 Tempo (s) 8º Congresso Brasileiro de Engenharia de Fabricação 3.3. Tempo Previsto Pelo Software Proposto CAMEstimator A comparação entre os tempos previstos pelos diferentes métodos de previsão com os tempos reais de usinagem, bem como os valores previstos pelo software CAMEstimator, são apresentados na Fig. (8) , ,4 132,5 147,7 132,6 94,4 99, Experimentos Tempo Real CAMESTIMATOR CAM/Software Simulação Figura 8. Comparação entre os tempos previstos com os tempos reais de usinagem. Percebe-se que o software proposto obteve resultados muito superiores aos demais métodos de previsão. Sendo que a resolução máxima para retirada dos tempos de usinagem real estava na casa dos segundos, pode-se afirmar que o CAMEstimator praticamente atingiu o valor real na maioria dos experimentos. A média da porcentagem dos erros encontrados foi de 0,007%, com o erro máximo de 2,5% no experimento 9. Deste modo, o software CAMEstimator prova ser uma ferramenta de alta aplicabilidade e precisão relativamente alta. 4. CONCLUSÕES A contribuição deste trabalho foi identificar o desempenho de diferentes estratégias de usinagem associadas ao valor de tolerância de cálculo para o fresamento de formas complexas. Foram analisados os tempos reais de usinagem e do número de pontos dos programas CNC avaliados. Notam-se grandes disparidades entre as estratégias quanto ao nível de desenvolvimento do cálculo das trajetórias e do consequente nível de otimização das mesmas. Estes fatores influenciam diretamente na variação da velocidade de avanço e no tempo real de usinagem. A estratégia 3D offset foi o caso mais sensível ao valor de tolerância. No caso empregando o menor valor de tolerância, o tempo de usinagem foi cerca de três vezes superior às demais. Logo, sugere-se evitar essa estratégia neste nível de precisão. Contudo, a influência das trajetórias de ferramenta na qualidade das superfícies usinadas não foi avaliada. Futuros trabalhos poderão contribuir com o tema. Evidenciou-se a diferença entre os tempos de usinagem previstos pelos sistemas CAM e softwares de simulação do código CNC com o tempo real de usinagem. Esta diferença cresce com a diminuição da banda de tolerância, devido à diminuição do tamanho do segmento e da velocidade de avanço atingida, o que aumenta o tempo de usinagem. Constata-se também a eficiência do software proposto para previsão do tempo real de usinagem, o CAMEstimator. 5. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à FAPESC pelo projeto Jovem Pesquisador, ao CNPq pelas bolsas de Iniciação Científica, e às empresas VeroSescoi e CGTECH. 6. REFERÊNCIAS Camargo, L.G., Souza, A.F.,Podda, L., 2014, Estudo dos métodos de trabalho em sistemas CAM para a geração de programas CNC com foco no pós-processamento, Ferramental - Revista Brasileira da Indústria de Ferramentais, Joinville, Vol. 55, pp Choi, B.K., Jerard, R.B. 1998, Sculptured Surface Machining: Theory and Applications, Springer, United Kingdom, 368 p. Coelho, R.T., Souza, A.F., Rodrigues, A.R., Rigatti, A.M.Y., Ribeiro, A.A.L., 2010, Mechanistic approach to predict real machining time for milling free form geometries applying high feed speed, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 46, n. 9-12, pp

10 Faux, I.D., Pratt, M.J, 1979, Computational Geometry for Design and Manufacture, Ellis Horwood Ltd, New York, 329 p. Liu, C., Li, Y., Wang, W., Shen, W., 2013, A feature-based method for NC machining time estimation, Robotics And Computer-Integrated Manufacturing,Vol. 29, pp Shajari, S., Sadeghi, M.H., Hassanpour, H., 2014, The influence of tool path strategies on cutting force and surface texture during ball end milling of low curvature convex surfaces, The Scientific World Journal, Vol. 2014, 14 p. Siller, H., Rodriguez, C.A., Ahuett, H., 2006, Cycle time prediction in high-speed milling operations for sculptured surface finishing, Journal Of Materials Processing Technology, Vol. 174, pp Souza, A.F., 2001, Análise das interpolações de trajetórias de ferramenta na usinagem HSC (High Speed Cutting) em superfícies complexas, Dissertação (Mestrado), Universidade Metodista de Piracicaba, Piracicaba, 89 p. Souza, A.F., Santos, M.T., Rodríguez, C.A., 2006, Análise comparativa dos algoritmos utilizados por diferentes sistemas CAM, para cálculos das trajetórias de ferramenta, no fresamento de formas geométricas complexas, IV Congresso Nacional de Engenharia Mecânica, Recife. Souza, A.F., Coelho, R.T., 2007, Experimental investigation of feed rate limitations on high speed milling aimed at industrial applications, The International Journal Of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 1, pp Souza, A.F., Coelho, R.T., Rodrigues, A. R.. CAMESTIMATOR - Processo Patente: Programa de Computador. Número do registro: , data de registro: 16/10/2008, título: "CAMESTIMATOR - Processo ", Instituição de registro: INPI - Instituto Nacional da Propriedade Industrial. Souza, A.F., Ulbrich, C.B.L., 2013, Engenharia Integrada por Computador e Sistemas CAD/CAM/CNC. Princípios e Aplicações, 2ed, São Paulo, Artliber, 358 p. 7. DIREITOS AUTORAIS Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo do material impresso incluído no seu trabalho. INFLUENCE OF MACHINING PATHS AND CALCULATION TOLERANCE IN REAL MILLING TIME OF FREE FORM SURFACES Lucas Gomes Camargo, lucascamargoeng@hotmail.com 1 Adriano Fagali de Souza, adriano.fagali@ufsc.br 1 Leandro Podda, leandro_podda@hotmail.com 1 Felipe Schappo, feschappo@hotmail.com 1 Alessandro Roger Rodrigues, roger@sc.usp.br 2 1 Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC Campus Joinville, Rua Presidente Prudente de Moraes, 406, Joinville SC - CEP Universidade de São Paulo. EESC-USP. Trabalhador São Carlensse, 400. São Carlos-SP. Abstract: Knowledge of real machining time in milling of molds and dies is fundamental to perform the production planning and define the cost of these operations. It is known that this is a big difficulty in this manufacturing process, for although the CAM systems that perform the calculation of trajectories, estimate the machining time, this estimate may be much lower than real time. This fact occurs due to CAM does not consider the work limitations of CNC machines, which happen even at high performance equipment. In this context, this work has the objective to evaluate the influence of tolerance of calculus tool paths at machine feed rate reduction and quantify the differences between milling time foreseen by CAM and real time machining. Additionally, were evaluated different machining strategies and estimated times by specific commercial software for machining simulation, besides a developed software to estimate the real machining time in the milling of free form surfaces. The results show that the method used for machining time prediction from CAM system and simulation software are similar, because in two software the calculated time remained constant in all tool paths, not taking into account thus the variations of the real feed rate which impacted the machining time. The results also show large differences in the real machining time among the different strategies for the same value of tolerance. Keywords: molds and dies; milling; real machining time; CAM systems.