DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS E SEQÜÊNCIA DE CORTE PARA A MÁXIMA PRODUÇÃO EM TORNOS CNC. Patrck Lelou Noema Gomes de Mattos de Mesquta Hugo Marcelo Bezerra de Carvalho Sérgo Murlo Veríssmo de Andrade Unversdade Federal de Pernambuco, Centro de Tecnologa e de Geocêncas, Deartamento de Engenhara Mecânca, 50740-530, Recfe, PE, Brasl. E-mal:ngmm@nd.ufe.br Resumo Neste trabalho fo desenvolvdo um método ara a determnação dos arâmetros otmzados, na a máxma rodução, utlzando a fórmula exandda de Taylor, assm como, ara a obtenção dos temos de usnagem, tanto no torneamento axal como no radal, em eças clíndrcas e côncas. Dando-se assm uma contrbução ara a automatzação do rograma em lnguagem CN com arâmetros de corte otmzados. Palavras-chave: Máxma rodução, Seqüênca de corte, Torno CNC.. INTRODUÇÃO O lanejamento da usnagem é uma das áreas mas defctáras na fabrcação, os este setor não tem acomanhado o rtmo de modernzação e desenvolvmento dos demas segmentos que comõem o sstema de rodução. O onto rmordal ara a rogramação de uma máquna oeratrz com comando numérco (CN) é a determnação dos arâmetros otmzados de usnagem (velocdade de corte, avanço e rofunddade) assm como a melhor seqüênca de usnagem (Prasad et al, 997; Kayacan et al, 996; Youns et al, 997). Neste trabalho está sendo desenvolvdo um método ara a obtenção dos arâmetros e da seqüênca de corte ara a máxma rodução a fm de que ossa ser ntegrado no desenvolvmento de um sstema CAM. 2. OBJETIVOS E METODOLOGIA UTILIZADA Este trabalho está sendo desenvolvdo em arcera com o SENAI/PE, que adquru recentemente um torno CNC modelo CENTUR-30 da emresa ROMI. Incalmente, a determnação dos arâmetros de corte ara a máxma rodução, assm como as equações ara a determnação do temo de usnagem de uma eça, deverão ser obtdas ara atender às necessdades esecífcas desta máquna, odendo osterormente ser extenddas à qualquer máquna CNC (N.N., 999). O objetvo deste trabalho é determnar o temo de usnagem ara dferentes seqüêncas de corte, torneamentos axal e radal, de forma a se estabelecer a seqüênca mas ráda. Para o torno esecfcado temos como dados essencas a otênca máxma de 0 CV com um rendmento de 0.8, rotação máxma de 3500 rm, velocdade de avanço e retorno
máxmas de 0000 e 7500 mm/s resectvamente. As velocdades de rotação não assumem valores decmas, a sua varação é de uma rotação or mnuto, só assumndo valores nteros. O trabalho está sendo desenvolvdo com o auxílo do rograma Mathcad, mas retendese desenvolver um software em lnguagem C++ (Pohl, 99). Os resultados obtdos a artr do rograma deverão ser comarados com os temos reas de usnagem meddos na máquna CNC. Será ossível assm, efetuar certas correções no equaconamento os há semre erdas de otênca, através de, or exemlo, atrto, deflexões ou desgastes, aumentando o temo real de usnagem. 3. DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS DE CORTE PARA A MÁXIMA PRODUÇÃO Na determnação dos arâmetros de corte, ara a condção de máxma rodução, enfrenta-se o segunte roblema: a velocdade de máxma rodução é função dos arâmetros de Taylor x e K (veja equação 0) que varam com o avanço e a rofunddade de corte. K Vc ( x ) T t x (0) onde Vc é a velocdade de corte, x e K são constantes que deendem do avanço e da rofunddade de corte e T t é o temo de troca da ferramenta, estmado em 2 mnutos. Por outro lado a rofunddade de corte, calculada através da equação de Kenzle deende do valor da velocdade de corte, come mostra a equação (02) max Nc 60 75 η Ks Vc f sen( χ) z ( χ) ( sen ) (02) onde Nc é a otênca da máquna, η é o seu rendmento, χ é o ângulo de osção da ferramenta, Ks é a resstênca esecífca de corte f o avanço e Vc a velocdade de corte. Para soluconar este roblema rocedeu-se da segunte manera: as constantes K e x odem ser dentfcadas comarando-se a fórmula exandda de Taylor (04) com a equação (03) Vc K x T x (03) E F H G Vc C f Vb T (04) obtendo-se assm (Mesquta, 980): x (05) G [ ] K C f Vb (06) E F H x
onde C, E, F, H, G são constantes da fórmula exandda de Taylor e Vb é o desgaste de flanco que ara oerações de desbaste ode varar até.2 mm e ara oerações de acabamento é calculado em função da tolerânca desejada. Para um dado avanço, faz-se varar a rofunddade de corte de 0.00 até a rofunddade máxma ermtda ela ferramenta. Calcula-se as velocdade de corte ara cada rofunddade, calculando em seguda a rofunddade de corte máxma. Comara-se estas duas rofunddades de corte, deve-se escolher a rofunddade que seja gual à rofunddade máxma. Faz-se varar o avanço e calcula-se a rofunddade e a velocdade de corte. Calculase então o temo de usnagem ara esses arâmetros, escolhendo-se os que derem o menor resultado. A tabela aresenta os valores arcas das rofunddades de corte, das rofunddades de corte máxmas max e das resectvas velocdades de corte Vc, obtdas através do Mathcad, ara um avanço de mm/volta, um ângulo de osção da ferramenta de 95, desgaste de flanco gual a 0.8 mm e constantes de Taylor determnadas ara um aço ABNT 038 dadas or: C90.64, E-0.3297, F-0.0366, H0.8936, x2.626 e ara /h0.85, Ks80.62 N/mm 2. Tabela. Valores de, max e Vc (mm) max ( mm) Vc (m/s) 0.337 0.339 533.28 0.338 0.339 533.223 0.339 0.339 533.65 0.340 0.339 533.08 0.34 0.339 533.05 4. CÁLCULO DOS TEMPOS DE USINAGEM 4. Usnagem Clíndrca Para a usnagem de uma eça como a mostrada abaxo, devemos dentfcar os três onto (Z,X), (Z2,X2), (Z3,X3), onde X é dado em dâmetro. O número de asses (nd) é dado ela arte ntera da dvsão da dferença dos dâmetros ela rofunddade de corte (). nd floor X X 2 3 (07) O materal que dexará de ser usnado será retrado com um asse ela mesma ferramenta de desbaste ara um ré-acabamento. A sua esessura ode ser calculada or
e X X floor X X 2 2 3 3 (08) Z3, X3 Z2, X2 Z,XZ X/2 Z Fgura. Peça a ser torneada Para varando de à nd, a velocdade de rotação (n) da eça em rotações or mnuto será dada or n 000 Vc floor π ( 80 2 ) (09) A velocdade de avanço da ferramenta (Va) será dada or Va n f (0) Deve-se verfcar se a rotação máxma de 3500 rm não é ultraassada. Caso n >3500 então adotar como rotação n 3500 O temo de um asse será: T Z Z + 2 2 Z Z + 2 2 + 2 + + + Va 7500 0000 7500 2 2 () Onde o rmero termo é o temo de corte com uma folga de 2 mlímetros da eça, o segundo é o temo de afastamento da ferramenta com uma nclnação de 45 até se dstancar de 2 mlímetros da eça, o tercero é o temo de recuo da ferramenta e o quarto é o temo de osconamento da eça ara o róxmo corte. Sendo então o temo total dado or: nd Temo T 2 + 7500 (2) Para a usnagem de uma eça cônca devemos dentfcar também três ontos, (Z,X ), (Z 2,X 2 ), (Z 3,X 3 ), como mostra a fgura 2. A velocdade de avanço será dada ela mesma exressão. A dferença será a dstânca a ser usnada assm como a dstânca do recuo da ferramenta que mudarão a cada asse. Tem-se que a dstânca a ser usnada ara a arte cônca a cada asse é dada or
dst Z X Z X 3 2 3 2 2 X X 3 2 2 Z3,X3 (3) Z2,X2 Z,X Fgura 2. Peça clíndrca A velocdade de avanço será dada ela mesma exressão. A dferença será a dstânca a ser usnada assm como a dstânca do recuo da ferramenta que mudarão a cada asse. Tem-se que a dstânca a ser usnada ara a arte cônca a cada asse é dada or Z3 Z2 X3 X2 dst X X 3 2 2 2 O temo de um asse será dado or (3) T dst + Z2 Z + 2 2 dst + Z2 Z + 2 2 2 + + + + Va 7500 0000 7500 (4) O temo total é dado então ela equação (2). 4.2-Usnagem Radal Para o desbaste radal, deve-se ter a usnagem dvdda em equenos ntervalos nos quas a rotação é constante, já que as rotações só assumem números nteros. Tomando-se como exemlo a eça da fgura, tem-se que a rotação ncal é dada or n nc Vc floor 000 π + ( X 4) 3 (5) O número de ntervalos (N) nos quas a rotação é constante é dado or N 000 Vc Vc cel floor 000 π X π + 2 3 ( X 4) (6) Deve-se aqu levar em conta a rotação máxma da máquna que é de 3.500 rm. Logo devemos ncalmente calcular o dâmetro ara o qual a rotação máxma é atngda e comarar com X 2.
D max 000 Vc π 3500 (7) Se D max estver comreenddo entre (X 3 +2) e X 2, no cálculo do número de ntervalos devemos substtur X 2 or D max e haverá um outro ntervalo entre D max e X 2 com rotação constante de 3.500 rm. Se (X 3 +2) for menor que D max a usnagem será toda com rotação constante de 3.500 rm. Se X 2 for maor que D max vale a equação dada. Deve-se anda determnar os dâmetros que lmtam cada ntervalo d X3 + 4 (8) d X2 (9) N + d 000 Vc ( n ) π + nc (20) Para varando de 2 à N. O número de asses é dado or T nd floor Z Z P 2 O temo de um asse é: n d j d j+ d dn P j n + f + 2 + + 2 + 2 + 2 7500 2 7500 0000 ( ) nc O temo total de usnagem é: nd 2 + Temo T 0000 (2) (22) (23) Para o caso de uma eça cônca, como a mostrada na fgura 2, a arte cônca é a únca que nos nteressa os a outra arte é resolvda como mostrado acma. Para este caso a dstânca a ser usnada varará a cada asse. dst X X X X 2 2 3 2 3 2 Z Z 3 2 (24) O número de ntervalos nos quas a rotação é constante deenderá também do asse que estamos efetuando. N Vc cel 000 π ( d 2 dst ) Vc floor 000 π d (25)
O temo de um asse é dado or: T d j d 2 d dn n + f + 2 + 2 + 2 + 7500 2 7500 0000 j+ + ( ) nc (26) O temo total é dado ela equação (23). 5. COMPARAÇÃO ENTRE USINAGEM AXIAL E RADIAL É de grande nteresse encontrar uma relação entre as dmensões da eça a ser usnada que udesse determnar qual o modo de usnagem mas rádo, o axal ou o radal. Quanto menor for a relação X/ Z mas roíca a usnagem axal. Por exemlo: desejase desbastar uma eça a fm de obter o erfl da fgura, dado elos ontos (Z,X)(00,80), (Z 2,X 2 )(60,80), (Z 3,X 3 )(60,20). Tem-se X/ Z. Testando ara.5 mm, f0.4 mm/rot e Vc400 m/s encontramos.88 mn ara o desbaste axal e.39 mn ara o desbaste radal. Fazendo-se agora (Z 3,X 3 )(60,40), X/ Z.5, encontra-se os seguntes resultados:.984 mn ara o desbaste axal e.829 mn ara o desbaste radal. Sendo o desbaste radal mas vantajoso. Para se estabelecer uma relação X/ Z ara a qual sera mas nteressante a usnagem radal ou axal deve-se levar em consderação a que dstânca do exo da eça está se usnando. Quanto mas excêntrco for o torneamento, menor será a velocdade de rotação e mas roíco ao torneamento axal será, como mostra o segunte exemlo: seja a eça (Z,X )(00,20), (Z 2,X 2 )(60,20), (Z 3,X 3 )(60,80), os temos encontrados são: 2.644 mn ara o torneamento axal e 2.75 ara o radal. Portanto comarando-se com o exemlo anteror, onde tem-se a mesma relação X/ Z.5, neste exemlo o torneamento axal assa a ser melhor, só elo fato de estar mas dstante do exo de rotação da eça. Observa-se também que o avanço escolhdo também nfluenca. Quanto menor o avanço, mas rádo o torneamento axal em relação ao radal. Tomando-se o exemlo (Z 3,X 3 )(60,40) agora com um avanço de 0.2 mm/rot, obtêm-se:.354 mn ara o torneamento axal e.493 mn ara o radal. Sendo agora o desbaste axal mas vantajoso. 6-CONCLUSÃO No estágo atual do trabalho, anda não se encontrou uma relação exata entre as dmensões da eça ara se determnar a melhor dreção de torneamento. No entanto, já se ode observar que quanto menor a relação X/ Z, mas roco ao torneamento axal, orém, quanto maor o avanço e quanto mas róxmo o materal a ser retrado estver do centro de rotação, mas roíco ao torneamento radal. As equações encontradas neste trabalho odem ser assocadas ara calcular os temos de usnagem das dferentes seqüêncas ossíves ara o desbaste de uma eça, utlzando os arâmetros de máxma rodução, odendo ser faclmente arovetado em um rogramador de máqunas CN. Certos ajustes, orém, devem ser fetos nas equações os não fo consderada nenhuma erda, como, or exemlo, atrto. Comarações com meddas exermentas mostraram um erro de 6.9% ara o desbaste radal e 4% ara o axal. Esta dsardade relatva às medções exermentas, todava, não nterferem em nada nas conclusões tradas neste trabalho. Estas dferenças odem ser devdo a um equeno ntervalo de temo na mudança de dreção da ferramenta, a uma aceleração da ferramenta até atngr sua velocdade máxma ou
então a velocdade máxma da ferramenta não é atngda. Novas medções serão efetuadas ara adequar as equações da melhor manera ossível aos resultados rátcos. Na rogramação de tornos CN, em oerações de desbaste tem-se a oção de se retrar o sobremetal movmentando-se a ferramenta de corte no sentdo axal ou radal. Este trabalho contrbu ara se escolher qual das duas oções é a melhor ara dferentes tos de eças, dmnundo-se desta forma o temo necessáro ara a rogramação. 7 REFERÊNCIAS Ferrares, D., 977, Fundamentos da Usnagem dos Metas, São Paulo, Brasl. Kayacan M.C., Flz I.H., Sonnez A.I., Baykasoglu A. and Derel T., 996, OPPSROT: An Otmsed Process Plannng System For Rotatonal Parts, Comuters n Industry, vol. 32,.8 95. Mesquta, N.G.M., 980, Determnação dos Parâmetros da Fórmula de Taylor Exandda, Tese de Mestrado, Unversdade Federal de Santa Catarna, Floranóols, S.C., Brasl. N.N., 999, Manual de Programação e Oeração CNC Mach 9 R 900D, São Paulo. Pohl, I., 99, C++ Para Programadores de PASCAL, Ed. Berkeley, Ro de Janero, Brasl. Prassad, A.V.S.R.K., Rao P.N. and Rao U.R.K., 997, Comuter Otmzaton of Mult- Pass Turnng, Internatonal Journal of Producton Research, vol. 9, n 2, Taylor & Francs LTD, London, England,. 247 259. Youns M.A. and Wahab M.A.A., 997, A CAPP ExertSystem For Rotatonal Comonents, Comuters & Industral Engneerng, vol. 33,. 505 52.