Um programa CNC pode ser verificado na perfeição e, mesmo assim, falhar se a configuração física não corresponder aos pressupostos em que se baseia. A sondagem do fuso permite efetuar as verificações que ligam o processo programado ao que se encontra efetivamente no interior da máquina.

Por exemplo: um percurso da ferramenta pode estar correto, a estratégia « CAM » pode ser otimizada, o código G pode ser verificado em relação a um gémeo digital preciso e cada ferramenta pode ser verificada em relação à geometria programada…

E, então, é carregada a peça em bruto errada. A peça pode estar com dimensões excessivas, rodada 90 graus ou apoiada num cavaco. Pode ter sido montado o sistema de fixação errado. Uma mandíbula do torno pode ter agarrado uma rosca à frente da outra. Pode ter sido definido um desvio da peça enquanto uma transformação de coordenadas antiga ainda estava ativa.

A simulação não consegue perceber nada disto. Verifica o processo que lhe foi fornecido, partindo do pressuposto de que a configuração real corresponde à digital.

Uma sonda de eixo verifica essa hipótese.

Na CloudNC, a sondagem é utilizada em quatro áreas principais:

1. Verificação da configuração antes do início da maquinação
2. Monitorização do processo durante a produção das peças
3. Definição de pontos de referência e medição de elementos complexos
4. Verificação da calibração da máquina, nomeadamente em equipamentos de cinco eixos

Em conjunto, estas verificações reduzem o risco de colisões, ferramentas danificadas, componentes a descartar e longos períodos de inatividade não planeada.

Eis o nosso processo de investigação, em pormenor:

1. Verifique a configuração antes de cortar

Um ciclo de sondagem de configuração deve determinar se a máquina contém o material em bruto e os dispositivos de fixação da peça.

Dependendo da função, isso pode incluir a verificação de:

• Altura, comprimento e largura da peça em bruto
• Orientação sobre ações
• Direção do veio do material
• Posicionamento no torno ou no dispositivo de fixação
• Altura do tubo ascendente e do acessório
• Localização do Vice
• Orientação da mandíbula
• Material disponível à volta do componente acabado

Trata-se de verificações simples, mas que permitem detetar uma vasta gama de erros práticos.

Artigo errado e orientação errada

Um operador pode selecionar um lingote destinado a outra peça ou carregar um lingote retangular com a orientação errada. O material também pode chegar com dimensões superiores às previstas, inferiores às previstas ou com cortes irregulares.

No caso dos componentes aeroespaciais, a orientação do grão do material também pode ser fundamental. Uma forma de reduzir o risco consiste em especificar dimensões assimétricas para os blocos de material, de modo a que estes não possam ser facilmente colocados na orientação errada. A medição por sonda permite então confirmar se as dimensões esperadas estão presentes.

Isto cria duas camadas de proteção: o suporte foi concebido para orientar o carregamento correto e a máquina verifica se o carregamento está correto antes do início do corte.

Erros de posicionamento e de fixação da peça

A peça correta pode ainda assim estar no sítio errado.

Algumas peças são posicionadas intencionalmente afastadas do centro do torno devido ao curso da máquina, a uma aresta preparada, a uma secção saliente ou a uma configuração com várias peças. A rotina de sondagem deve verificar a localização pretendida, em vez de partir do princípio de que cada tarugo deve estar centrado em relação ao que foi programado.

Existem também causas menos óbvias de erro de posição.

As mandíbulas autocentrantes do torno só se autocentram quando ambas as mandíbulas encaixam corretamente. Se um dos lados se alinhar com um passo de rosca à frente do outro, o torno pode fixar com segurança, mas deslocando a peça em um milímetro ou mais.

Uma peça em bruto também pode subir pela mandíbula, cair num degrau ou ficar encalhada em detritos. Se a peça tiver sido cortada em ângulo, apertar o torno pode fazer com que esta se incline. Isso altera a posição da peça tanto no eixo Z como no eixo horizontal.

A peça pode ainda parecer aceitável numa inspeção visual. A sonda transforma esses erros de configuração, que passariam despercebidos, em desvios mensuráveis.

Alterações inesperadas no stock alteram as condições

As trajetórias de alta performance dependem de um contacto controlado.

É possível programar um percurso de fresagem dinâmico ou trocoidal para uma profundidade de corte radial pequena e constante. Se o lingote for maior do que o previsto e, além disso, tiver sido colocado de forma descentrada, a primeira passagem poderá deparar-se com muito mais material do que aquele que a fresa estava destinada a remover.

O mesmo problema verifica-se na Z. Uma operação de faceamento programada para um corte de 3 mm pode ter de lidar com 6 mm, porque a peça é mais espessa do que o especificado ou porque foi instalado um suporte errado.

Os resultados possíveis incluem:

• Inserções ou corpos de fresa partidos
• Contacto do suporte com a coronha
• Carga excessiva no fuso
• A barra a ser retirada do torno
• Danos no fuso ou na máquina

Uma abordagem prática consiste em definir um limite máximo de stock e um limite máximo de posição. O ciclo de sondagem confirma que o tarugo real permanece dentro desse intervalo.

A primeira operação de maquinagem pode, assim, preparar a superfície exterior da peça em bruto para um estado conhecido, antes do início dos percursos de ferramenta sensíveis ao contacto. Assim que o bloco tiver sido normalizado, cada fresa encontra a quantidade de material prevista pela estratégia « CAM ».

Verifica primeiro o Z

O primeiro lance de sondagem deve, normalmente, testar o limite superior da formação a partir de uma posição segura.

Isto permite detetar rapidamente erros graves, tais como:

• Uma espessura incorreta da peça bruta
• O tubo ascendente errado
• Um deslocamento de trabalho mal definido
• Um deslocamento de coordenadas ativo
• Uma peça com uma carga significativamente superior à esperada

Um tubo ascendente de 100 mm instalado no lugar de um de 60 mm deve ser detetado através de um movimento de sondagem protegido, em vez de se recorrer a uma fresa ou a um fuso a funcionar à velocidade de maquinagem.

2. Acompanhar o processo enquanto as peças estão a ser produzidas

A verificação na configuração protege o início do trabalho. A verificação durante o processo protege o resto do lote.

Um processo convencional pode basear-se na ação de um operador que usina uma peça, a retira, a mede manualmente e ajusta um desvio. Isto funciona durante a fase de validação, mas oferece uma proteção limitada entre as inspeções.

O desgaste das ferramentas, os danos nas arestas, a temperatura e as variações no material podem fazer com que uma característica saia gradualmente da tolerância. A medição durante o processo permite que a máquina detete essa variação antes que seja produzida uma grande quantidade de peças com defeito.

Verificações de aprovação ou rejeição

A estratégia mais simples durante o processo é uma verificação de tolerância.

A máquina mede um furo, uma parede, um ressalto ou uma superfície crítica e compara o resultado com os limites definidos. A produção prossegue enquanto a característica se mantiver dentro dos limites aceitáveis. Se a medição sair do intervalo permitido, a máquina segue uma resposta pré-determinada.

Dependendo do equipamento, este pode:

• Acabar com o ciclo
• Assinalar a peça para inspeção
• Retirar a palete da linha de produção
• Carregar um trabalho diferente
• Marcar uma ferramenta como indisponível
• Chamar uma ferramenta associada
• Notificar um operador

Considere um ciclo de produção sem supervisão de 200 componentes. Se uma característica da peça número cinco sair da tolerância, interromper o processo nesse momento protege as restantes 195 peças em bruto e as horas de maquinagem associadas às mesmas.

Permitir que todo o lote seja processado cria um problema muito maior. Cada peça tem de ser inspecionada, a característica com falha pode necessitar de retrabalho e alguns componentes podem já ter passado por operações adicionais. Em muitos casos, a característica não pode ser recuperada de todo.

Compensação automática do desgaste

A sondagem também pode ser utilizada para atualizar automaticamente as correções de desgaste das ferramentas.

Um processo típico de circuito fechado pode:

1. Usinar a peça
2. Limpe a superfície de medição
3. Explorar a funcionalidade
4. Calcular o desvio em relação ao valor nominal
5. Aplicar uma pequena correção de desgaste
6. Continuar até que a ferramenta atinja um limite de desgaste definido
7. Parar ou mudar para uma ferramenta semelhante

Isto permite manter uma característica próxima do valor nominal ao longo de um longo ciclo de produção.

Esta vantagem é particularmente evidente em materiais que desgastam rapidamente as arestas de corte, incluindo o titânio, o aço inoxidável duplex e o alumínio com elevado teor de silício. Uma ferramenta pode continuar a ser capaz de cortar muitas peças, mesmo que o seu tamanho altere em vários micrómetros. A compensação automática permite aproveitar melhor a vida útil da ferramenta, sem que o processo saia das tolerâncias permitidas.

A lógica de correção necessita de limites rígidos. A máquina só deve efetuar pequenos ajustes plausíveis dentro de um intervalo de desgaste total definido. Um resultado significativo ou inconsistente deve desencadear uma paragem, em vez de uma alteração automática do desvio.

Limpe antes de medir

Uma sonda só consegue medir a superfície com a qual entra em contacto.

Lascas, rebarbas e líquido de arrefecimento podem causar leituras erradas. Isto é ainda mais importante quando a medição é utilizada para atualizar o desvio de uma ferramenta.

A limpeza deve, por isso, ser um passo prévio ao ciclo de sondagem. É possível utilizar ar que passa pelo fuso, líquido de arrefecimento, uma ferramenta de limpeza ou medições repetidas para limpar a característica antes de o resultado ser aceite.

Isto não eliminará todas as fontes possíveis de contaminação, mas melhora consideravelmente a consistência das medições.

A sondagem apoia o processo de inspeção

A medição automática fornece informação sobre o processo. A inspeção formal continua a ter o seu papel.

A característica está a ser medida pela mesma máquina que a produziu, utilizando o mesmo sistema cinemático e térmico. O resultado depende do estado e da calibração da máquina, da sonda e do ponteiro.

A inspeção inicial, a medição por CMM e os requisitos de qualidade específicos do cliente continuam a aplicar-se. A medição durante o processo permite um controlo contínuo entre essas fases de inspeção e alerta mais cedo a equipa de produção quando o processo começa a apresentar desvios.

3. Definir pontos de referência e medir elementos complexos

O ajuste do desvio de trabalho é a utilização mais comum de um sensor de fuso, mas a sua utilidade vai além da poupança de alguns minutos em relação à utilização de um indicador de quadrante.

A medição permite estabelecer o sistema de coordenadas a partir das características de referência reais do componente.

Definir a partir do componente

Uma peça pode ser colocada numa posição alinhada de forma aproximada e medida no local.

Dois pontos de contacto ao longo de uma aresta podem definir o alinhamento angular. Um furo, um ressalto, um plano ou um canto podem definir as restantes coordenadas de referência.

Isto é útil quando se trabalha com sistemas modulares de fixação de peças. Um programador poderá utilizar uma placa matricial, grampos e pinos já existentes, em vez de ter de conceber e maquinar um dispositivo de fixação específico. O operador coloca a peça dentro de um intervalo aceitável e a rotina de sondagem calcula a sua posição exata.

Isso reduz o tempo despendido:

• Conceção de equipamentos
• Encontrar material para a montagem
• Programação e fixação de peças para usinagem
• Registo manual das peças
• Alinhamento dos componentes por batida
• Ajustar as configurações para compensar pequenas variações na carga

Além disso, simplifica o trabalho a realizar na máquina. O operador pode carregar a peça e definir um ponto de referência inicial padrão, enquanto o programa realiza o alinhamento preciso.

Proteger contra erros de estado de controlo

As máquinas de cinco eixos recorrem frequentemente a rotações e translações de coordenadas para gerir diferentes orientações de maquinagem.

Se uma destas transformações permanecer ativa enquanto um operador reinicia o desvio de trabalho, o novo ponto de referência poderá sofrer um deslocamento significativo. Uma translação de 200 mm em segundo plano pode causar um erro de 200 mm na próxima configuração.

O programa poderá então tentar usinar muito abaixo do topo real do tarugo.

Uma manobra inicial de sondagem do eixo Z permite verificar diretamente se existe este tipo de erro. A máquina compara a posição esperada na superfície com a posição real antes de acionar a ferramenta de corte.

Medir características que são difíceis de inspecionar manualmente

Algumas formas geométricas são difíceis ou impossíveis de medir com precisão utilizando ferramentas manuais convencionais.

Um exemplo é uma característica cilíndrica parcial formada por dois arcos curtos posicionados um em frente ao outro. Pode não haver superfície contínua suficiente para que um micrómetro de furo consiga estabelecer um contacto estável em três pontos. Uma medição linear em dois pontos fornece uma distância, mas não determina totalmente o diâmetro nem o centro da característica.

Uma sonda de fuso pode recolher vários pontos ao longo dos arcos disponíveis. O software de controlo ou de medição pode, em seguida, calcular o centro e o raio que melhor se ajustam, utilizando uma abordagem semelhante à estratégia de inspeção de uma MMC.

A máquina já dispõe de um sistema de movimento repetível em torno do componente. A sondagem permite que esse sistema seja utilizado para a configuração e a medição do processo, bem como para o corte.

4. Verificar a cinemática de cinco eixos

Numa máquina de cinco eixos, a sondagem é também uma parte importante da manutenção da relação entre os eixos lineares e rotativos.

As posições do centro de rotação e os parâmetros cinemáticos podem sofrer alterações devido à temperatura, ao funcionamento da máquina, a colisões e ao comportamento normal da máquina. Se essas alterações não forem detetadas, a máquina poderá produzir superfícies individuais precisas que, no entanto, não coincidem quando maquinadas a partir de diferentes orientações.

Os sintomas mais comuns incluem:

• Passos entre faces indexadas
• Diferenças de posição após um movimento rotativo
• Características que se alinham numa orientação, mas não noutra
• Peças que parecem estar em conformidade no controlo, mas que não passam na inspeção externa

Os sistemas de controlo modernos podem utilizar uma sonda de fuso e um artefacto calibrado para verificar e atualizar o estado cinemático da máquina. O processo manual equivalente envolve a montagem de um bloco de referência, a marcação de várias superfícies, o cálculo dos erros e a introdução manual das correções.

Os ciclos automatizados tornam a verificação mais rápida, mais repetível e mais fácil de realizar regularmente.

Numa operação de cinco eixos, o sensor do fuso faz parte do equipamento necessário para garantir a fiabilidade das transformações de coordenadas da máquina.

A economia da exploração

Uma rotina de sondagem exaustiva aumenta o tempo de ciclo. Numa linha de produção estável e de elevado volume, com sistemas de fixação de peças dedicados, esse tempo deve ser analisado e otimizado.

O cálculo é diferente num ambiente de grande variedade de produtos.

Uma máquina pode executar dezenas de tarefas não relacionadas entre si durante um turno, cada uma com uma peça em bruto, um dispositivo de fixação, um canalizador e uma estrutura de referência diferentes. Cada configuração cria mais uma oportunidade para que se introduza um pequeno erro.

Alguns minutos de investigação podem proteger:

• Um corpo de cortador que vale centenas de libras
• Um conjunto completo de insertos
• Um lingote de elevado valor
• Horas de usinagem já investidas na peça
• Um fuso que custa dezenas de milhares de libras
• Capacidade de produção de uma máquina que custa centenas de milhares
• Cada trabalho que fica por fazer devido a uma máquina avariada

A fatura da reparação é apenas uma parte do custo. O tempo de inatividade das máquinas afeta os prazos de entrega, os compromissos com os clientes e a utilização de toda a fábrica.

Ou, por outras palavras, quanto mais nos aproximamos da parte superior da máquina, mais caro se torna partir cada pedaço.

Uma agulha é mais barata do que o corpo da sonda. O corpo da sonda é mais barato do que o fuso. Um bom desenho do processo deteta os erros na fase menos dispendiosa possível.

Ligar o processo digital à máquina

CAM, a simulação e a verificação do código G permitem criar um modelo altamente preciso do processo de maquinagem pretendido. As verificações de gestão de ferramentas permitem confirmar se a fresa prevista está presente e se o seu comprimento medido corresponde ao indicado no programa.

A incerteza que ainda subsiste diz respeito à configuração física.

A máquina ainda precisa de confirmar que:

• A barra correta foi carregada
• A ação encontra-se na posição prevista
• A fixação da peça está correta
• O sistema de coordenadas ativo corresponde à peça
• As características críticas mantêm-se dentro dos limites de tolerância
• A máquina, por si só, continua devidamente calibrada

A sondagem do fuso permite efetuar essas verificações.

Quando utilizado de forma sistemática, torna-se uma parte essencial da garantia da qualidade do processo. Evita falhas evitáveis, permite a produção sem supervisão, reduz o desperdício e dá aos fabricantes maior confiança de que o processo de maquinagem real corresponde ao processo verificado.

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