Sistema computacional para otimização do fresamento de formas complexas parametrizado pelas velocidades de corte e avanço

Abstract

A fabricação de formas complexas é utilizada com diferentes objetivos, desde a obtenção de uma peça com finalidade estética, ergonômica até aerodinâmica ou funcional. Para o fresamento de acabamento deste tipo de geometria se utiliza ferramenta de ponta esférica, que em máquinas três-eixos resulta na variação da velocidade de corte devido à constante alteração do ponto de contato ferramenta-peça (diâmetro efetivo). A alteração da velocidade de corte afeta diretamente a qualidade da superfície e as forças envolvidas no processo. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema para corrigir e otimizar a velocidade de corte ao longo de uma trajetória complexa, mantendo o avanço por aresta constante. Este programa atua sobre o programa CNC inserindo ao final de cada bloco o comando para alterar rotação e a velocidade de avanço, sempre que necessário. O programa proposto foi avaliado em termos de funcionamento do programa, força de usinagem, qualidade da superfície usinada e tempo de usinagem. Os resultados mostram que o programa é capaz de modificar corretamente o programa CNC, mantendo a velocidade de corte em valores elevados, mesmo em regiões críticas. A força de usinagem foi reduzida em média 21%, e foi obtida uma melhor qualidade da superfície com a utilização do programa proposto. Ao utilizar o programa proposto pôde-se reduzir o tempo de usinagem em até 26% nos experimentos realizados.

Abstract : The manufacture of complex shapes is used for different purposes, from obtaining a part with aesthetic, ergonomic, aerodynamic or functional demand. For finishing milling of this type of geometry, a ball-end mill is used, which in three-axis machines results in a variation of the cutting speed due to the constant change of the tool-workpiece contact point (effective diameter). Changing the cutting speed directly affects the quality of the surface and the forces involved in the process. This work presents the development of a system to correct and optimize the cutting speed along a complex toolpath, keeping constant the feed-per-tooth. This program works on the NC code by inserting at the end of each block the command to change the spindle speed and the feed rate, whenever necessary. The proposed program was evaluated in terms of program operation, machining force, machined surface quality and machining time. The results show that the program is capable of correctly modifying the NC code, keeping the cutting speed at high values, even in critical regions. The machining force was reduced by an average of 21%, and a better surface quality was obtained by using the proposed program. The use of the proposed program resulted in a reduction in machining time of up to 26% in the experiments performed.