Tema3

1

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1 Docente da Escola SENAI “Mário Dedini” – Piracicaba-SP

Revista Eletrônica de Educação e Tecnologia do SENAI-SP. ISSN: 1981-8270. v.6, n.11, mar. 2012.

PROCESSO PARA OBTENÇÃO DE FUROS QUADRADOS UTILIZADO MÁQUINAS FERRAMENTAS A CNC COM FERRAMENTA ROTATIVA

Trabalho apresentado no evento INOVA SENAI – 2011

1º Colocado na Categoria Processo Inovador – Docentes Escola SENAI “Mário Dedini” – Piracicaba-SP

Dispensa avaliação de especialista

Marcelo Hirai Castro 1

RESUMO

Os furos poligonais sempre foram um obstáculo para a indústria de usinagem pela

dificuldade de obtenção, apesar dos grandes avanços tecnológicos das últimas décadas. Os processos utilizados para a obtenção desse tipo de furo são sempre limitados em algum aspecto. Os furos quadrados podem ser utilizados em uma grande variedade de aplicações na indústria em geral. Como exemplo, uma das principais funções de um furo quadrado pode ser o travamento de movimento, que utilizaria apenas dois elementos, o eixo quadrado (obtido facilmente com os processos existentes, portanto barato) e o furo quadrado. Estes dois elementos, que são os elementos principais, não precisariam de mais nenhum outro elemento para o travamento de movimento. A comparação, principalmente em termos de custo, pode ser feita com os sistemas chavetados, onde são necessários três elementos: o eixo “chavetado”, o furo “chavetado” e a chaveta, visto que um furo chavetado tem relativa inconveniência para ser processado na manufatura. A semelhança do processo proposto para furos poligonais com a furação cilíndrica convencional, provavelmente deixará o custo da furação poligonal próximo do custo da furação cilíndrica. Espera-se que com a facilidade apresentada neste trabalho para a obtenção de furos poligonais, a indústria em geral utilize largamente os encaixes poligonais e que as empresas desenvolvedoras de tecnologia CNC possam disponibilizar esse processo de forma parametrizada em seus controles. As empresas desenvolvedoras de softwares CAM, também podem permitir o uso bastante facilitado para o usuário final. Palavras-chaves: Furo quadrado. Furo poligonal.

2


1 INTRODUÇÃO

As aplicações de máquinas ferramentas de usinagem tanto convencionais quanto

a CNC (Comando Numérico Computadorizado) em suas aplicações cotidianas, não

sincronizam o movimento principal com os movimentos secundários: movimentos de

penetração, de avanço e de aproximação. Os equipamentos convencionais possuem

limitações que realmente tornam essa sincronia quase que impraticável, porém nas

máquinas equipadas com CNC, existe grande flexibilidade no acionamento dos eixos

principalmente por serem programáveis.

A sincronia de movimentos dos eixos rotativos e lineares é muito utilizada nas

usinagens com 3,4,5 e até mais eixos, de forma simultânea, porém quando se trata de

simultaneidade entre o movimento principal (spindle) e os eixos lineares, essa

simultaneidade não é explorada.

Para a obtenção de furos quadrados, apresentado neste trabalho, são necessários

basicamente dois movimentos, o movimento de rotação da própria ferramenta e o

movimento de translação sincronizado com a rotação. Quando estes movimentos são

programados em máquinas a CNC, se faz importante a sincronização do movimento de

rotação com outros movimentos para compor o movimento de translação, podendo este

último ser efetuado através da simultaneidade de dois eixos lineares.

Patentes inglesas do início do século passado já demonstravam que era possível

fazer furos poligonais com a sincronização desses movimentos utilizando uma broca de

três cortes, como o dispositivo mecânico patenteado por Watts.

Hoje em dia, as máquinas a CNC podem fazer posicionamentos extremamente

precisos com controle total dos movimentos, sejam estes paradas precisas ou

movimentos sincronizados. Outro fator muito significativo é a flexibilidade por meio da

programação desses eixos, que possibilita trajetórias complexas com os devidos

controles de velocidade e precisão, até mesmo percorrendo trajetórias definidas por um

modelo matemático.

O objetivo deste trabalho é realizar furos poligonais com uma ferramenta em

rotação, especialmente definida para este fim, utilizando a tecnologia das máquinas a

CNC. A programação da sincronia dos eixos faz com que a ponta da ferramenta

3


descreva uma trajetória quadrada, e à medida que o eixo de profundidade vai sendo

indexado obtém-se o furo poligonal.

2 REVISÃO DA LITERATURA

O estudo da usinagem com sincronia do movimento principal de corte tem sido

objeto de estudo desde 1891 com registros sob patentes de dispositivos e ferramentas.

O mais antigo registro encontrado sob o número da patente 456258 é de David Brown

Hutton e Archibald Frederick George Daniels, onde está registrado que uma broca é

capaz de realizar furos quadrados. Demonstra que é possível conseguir furos de

secção quadrada com movimentos laterais da broca guiados por máscaras com tal

formato. Na descrição de sua patente, apresenta um dispositivo para obtenção de furos

quadrados com ferramentas de três cortes. Em 1916 também, outro registro de patente

por Richard Henry Harris, onde é apresentada uma melhoria para aplicações de

furação, demonstrando um dispositivo capaz de fazer furos quadrados e hexagonais

com brocas de 3 e 5 cortes respectivamente.

Logo em seguida, em 25 de setembro de 1917, Harry J. Watts patenteou 3

inventos, todos eles relacionados à obtenção de furos poligonais. Patenteado sob o

número 1.241.175, um dispositivo titulado como “Floating Tool Chuck”, que era capaz

de guiar a ferramenta através de um tipo de máscara para que esta percorresse a

trajetória correta a fim de se obter o furo poligonal. Logo em seguida, patenteou uma

broca para obtenção de furos poligonais sob o número 1.241.176, e no mesmo dia,

patenteou um dispositivo titulado como “Floating Tool Chuck” sob o número 1.241.177,

que seria outra versão da primeira patente dele.

Hoje em dia temos esses dispositivos sendo oferecidos ao mercado, praticamente

com a mesma configuração de componentes da patente em 1917 de Harry J. Watts,

com um prato guia com o formato do polígono do qual se tem interesse, normalmente

sextavados ou quadrados e as brocas oferecidas, sempre com o número de cortes

sendo igual ao número de lados do polígono menos um, portanto no caso citado,

ferramentas com número de cortes três e cinco. A empresa inglesa DS atualmente

4


oferece estes acessórios para obtenção de furos poligonais. Interessante citar que o

nome de todos os acessórios recebe o nome Watts na frente, como uma demonstração

de reconhecimento a Harry J. Watts (Ex: Watts Floating Chuck, Watts Hexagonal Drill,

Watts Square Drill, Watts Guide Plate e assim por diante).

Abaixo estão alguns dispositivos oferecidos comercialmente pela empresa inglesa

DS:

Fig. 1 – Dispositivo para furos poligonais

Fonte: Disponível em http://www.drill-service.co.uk/Tools.asp?Tool=020660000000

Data 26/04/10

Fig. 2 – Broca para furo quadrado

Fonte: Disponível em http://www.drill-service.co.uk/Tools.asp?Tool=020660000000-

Data 26/04/10

Fig. 3 Prato guia para obtenção do polígono

http://www.drill-service.co.uk/Tools.asp?Tool=020660000000

http://www.drill-service.co.uk/Tools.asp?Tool=020660000000-

5



Data 26/04/10

Fig. 4 Broca de 5 cortes para obtenção de furo sextavado


Data 26/04/10

Depois destes registros, muitos outros inventores desenvolveram patentes

semelhantes às anteriores com algumas variações ou melhorias, podem-se citar alguns

inventores como Charles Wolkerstorfer em 1926, Rudolf Bartholomäus em 1930 e Paul

Harraser em 1931. Os inventores citados assim como outros, sempre desenvolveram

dispositivos mecânicos, porém em 13/06/2002, os inventores Takahiro Funaki e Tomoo

Hayashi, apresentam uma patente de um dispositivo controlado por um Comando

Numérico acoplado a dois servomotores capazes de eliminarem cantos arredondados

pela trajetória controlada, de uma mesa XY, com uma ferramenta rotativa. Este é o

registro mais próximo com este trabalho, principalmente pelos servomotores e o

contolador NC.

Logo em seguida, quatro inventores, Kouichi Katoh, Takamasa Ito, Nobuyuki Endo

e Makoto Sagara, patentearam a ferramenta utilizada no dispositivo de Takahiro Funaki

e Tomoo Hayashi para obter cantos retos.

Em 2002, um inventor brasileiro, Antônio César da Costa Barros patenteou um

dispositivo (fig. 5) para obter furos quadrados sob número da patente brasileira

PI0700981-0, com um diferencial em relação àqueles mecânicos patenteados no início

do século XX. Este dispositivo não precisa de uma máscara para que a broca percorra

a trajetória para a obtenção do furo quadrado. A trajetória a ser percorrida pelo centro

da ferramenta, na verdade é elíptica, deduzida pelo próprio inventor e demonstrada em

seu trabalho “O uso da computação gráfica no ensino de curvas de largura constante,



6


lugares geométricos e envolventes” apresentado em Belo Horizonte de 14 a 18 de

outubro de 2002 na Bienal da Sociedade Brasileira de Matemática.

O detalhe é que no dispositivo mecânico patenteado por Barros a trajetória é

circular, mais aproximada possível à trajetória elíptica perfeita, visto a dificuldade de se

obter esta trajetória em conjuntos puramente mecânicos. O trabalho aqui apresentado

busca a eliminação deste erro utilizando a tecnologia da máquina a CNC.

Fig. 5 Dispositivo para obtenção de furo quadrado sem utilizar máscara guia

3 MATERIAIS E MÉTODOS

Para que um furo poligonal possa ser obtido, no caso deste trabalho, um furo

quadrado, são necessários três movimentos, rotação da ferramenta, translação da

ferramenta e profundidade.

Os movimentos de rotação e de translação necessariamente devem estar

sincronizados, sendo que o de profundidade pode ser dado a qualquer momento de

forma independente.

7


Para a execução do furo poligonal em uma máquina a CNC, se faz necessária a

ferramenta com sua geometria especialmente definida para este fim e uma máquina

com controlador capaz de prover simultaneidade em pelo menos 3 eixos lineares e 1

eixo rotativo.

O eixo rotativo é para prover o movimento de rotação, dois eixos lineares têm a

função de determinar o movimento de translação da ferramenta e o terceiro eixo linear

tem a função de dar a profundidade para a formação do furo.

Abaixo temos as etapas demonstradas no trabalho de Barros para que a ponta da

ferramenta possa ter uma resultante quadrada com cantos mínimos de arcos de elipse

quando comparado ao tamanho do quadrado. Estes arcos, para um entendimento mais

prático, podem ser aproximados para círculos, que representariam 8% do lado do

quadrado.

Fig. 6 Etapas de formação do quadrado

(Fonte: BARROS, O uso da computação no ensino de curvas)

O movimento de translação apontado no centro da ferramenta será determinado

pelos dois eixos lineares. Ao girar apenas 120 graus, com três cortes, a ferramenta é

capaz de percorrer o polígono.

3.1 Construção da Ferramenta

A ferramenta é construída tomando como base o triângulo de Reuleaux, também é

a partir dela que será determinado o tamanho do quadrado. A distância em linha reta de

um vértice ao outro do triângulo de Reuleaux será o tamanho do quadrado a ser obtido,

no caso da figura abaixo, segmentos de reta AB, BC ou AC.

8


A

C

B

Fig. 7 Triângulo de Reuleaux

A área do triângulo não pode ser ultrapassada na construção da ferramenta, caso

contrário, irá encostar-se ao quadrado provocando a quebra. Sendo assim, para que os

cortes da ferramenta sejam definidos, utiliza-se como base o triângulo de Reuleaux e

aplicam-se os cortes assim como se faz nas fresas de topo, usinando os sulcos para

saídas de cavaco e a afiação de corte do topo da ferramenta com os ângulos de saída,

de incidência e principal.

Fig.8 Etapas do desenho da ferramenta obtido em software CAD

Depois do modelamento da ferramenta em software CAD, com as devidas

medidas no desenho detalhado, obtém-se a ferramenta propriamente dita através de

processo de afiação em máquinas convencionais e CNC, neste caso, a ferramenta de

aço rápido obtida em máquinas convencionais e a ferramenta de metal duro obtida em

máquinas de afiação CNC.

A B

C

9


3.2 Máquina

Como já foi dito anteriormente, para se fazer um furo poligonal quadrado, se faz

necessário o movimento de rotação sincronizado com o movimento de translação. Para

o movimento de rotação é necessário um eixo rotativo e para o movimento de

translação, dois eixos lineares. Ainda assim, mais um eixo linear é necessário para que

se possa dar a profundidade no furo.

3.2.1 Máquina Tipo Centro de Usinagem Vertical ou Horizontal

Qualquer máquina a CNC que tenha essas condições poderá executar a furação

quadrada, até mesmo poligonal, sendo que a configuração mecânica mais conveniente

é a apresentada abaixo, tanto na versão vertical, como na versão horizontal.

Movimento de profundidade Z Movimento Sincronizado Movimento de rotação sincronizado

Mesa da máquina

Y

Movimento Sincronizado X

10


Esta conveniência se dá em função das fixações da ferramenta e da peça, de

forma que não se fazem necessárias adaptações para conseguir a operação de furação

poligonal, ou seja, pode-se prender a ferramenta no porta ferramenta e a peça na

morsa, ou na mesa com grampos.

Com a configuração acima, O movimento de rotação da ferramenta será dado pelo

eixo spindle e o movimento de translação será definido através da combinação de

movimentos dos eixos X e Y, sincronizados com o eixo spindle. Analogamente para

uma máquina ferramenta horizontal.

3.2.2 Máquina Tipo Centro de Usinagem Vertical com 4º Eixo

No caso de uma máquina tipo centro de usinagem vertical com quatro eixos,

também é possível fazer a furação poligonal caso o eixo spindle não funcione como

eixo. No esquema abaixo, temos a ferramenta fixada no eixo rotativo A, e a peça fixada

no eixo spindle travado.

Z

Y

X = Profundidade do Furo

A

11


Esta não é uma situação ideal uma vez que as posições de fixação estão

invertidas, porém não deixa de ser uma alternativa, principalmente se o esforço de corte

não for significativo (furação em plástico ou madeira).

O movimento de rotação da ferramenta será dado pelo 4º eixo (A) e o movimento

de translação será definido através da combinação de movimentos dos eixos Y e Z,

sincronizados com o eixo A.

3.2.3 Máquina Tipo Torno com 5 eixos

No caso de um torno 5 eixos por exemplo, também é possível se fazer a furação

poligonal, porém é preciso fixar a ferramenta no eixo árvore e a peça no porta

ferramentas, semelhante à situação da máquina 4 eixos.

3.3 Experimentos

Os experimentos foram executados em três máquinas: Centro de Torneamento 5

eixos, Centro de Usinagem Vertical três eixos e um Centro de Usinagem Vertical

equipado com o quarto eixo.

No Centro de Torneamento 5 eixos foram obtidos furos quadrados, assim como no

Centro de Usinagem Vertical 3 eixos. No Centro de Usinagem Vertical foi executado

apenas um teste de velocidade.

As programações foram desenvolvidas e digitadas nos próprios comandos de

cada máquina, mesmo porque não existem softwares CAM com estes comandos (furos

poligonais, ou algo parecido), assim como não existem estes comandos nos CNC´s,

nem mesmo nos softwares comerciais Guide da Fanuc, ou Shopmill da Siemens, ou

similares

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3.3.1 Centro de Torneamento 5 Eixos

Equipamento: Torno 5 Eixos

Fabricante: ROMI

Modelo: E280 Fig.9 Centro de Torneamento 5 eixos

Comando: Fanuc

Localização: Escola SENAI de Santa Bárbara d´Oeste

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A fixação da ferramenta é feita na placa hidráulica do eixo spindle e a peça fixada

no porta ferramenta da torre traseira.

Corpo de Prova

Ferramenta

O movimento de rotação é dado pelo eixo árvore, programado como eixo C e o

movimento de translação é executado pela combinação dos eixos X e Y, em sincronia

com o eixo C.

3.3.2 Centro de Usinagem Vertical 3 Eixos

Equipamento: Centro de Usinagem

Fabricante: ROMI

Modelo: Discovery 760

Fig.10 Centro de Usinagem 3 Eixos

Comando: Siemens 810D

Localização: Escola SENAI de Piracicaba

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A fixação da ferramenta é feita no próprio spindle e a peça a ser usinada pode ser

fixada na morsa, ou na mesa diretamente. Esta situação é considerada ideal porque

está de acordo com a fixação padrão, tanto a ferramenta quanto a peça.

Neste caso, o movimento de rotação é dado pelo spindle, programado como eixo

C, e o movimento de translação é executado pela combinação dos eixos X e Y em

sincronia com o eixo C.

3.3.3 Centro de Usinagem Vertical com 4º Eixo

Equipamento: Centro de Usinagem

Fabricante: ROMI

Modelo: Discovery 1250

Fig.11 Centro de Usinagem 4 Eixos

Comando: Fanuc 21i 0 Mb

Localização: Centro de Produtividade Sandvik – São Paulo

A fixação da ferramenta seria feita na placa do 4º eixo, semelhante à fixação no

torno, e a peça fixada no eixo spindle, o que não é recomendável, porém foi executado

apenas um teste de velocidade uma vez que este comando possui o recurso Ainano da

Fanuc, comercialmente batizado pela empresa ROMI como “Moldes e Matrizes”.

Neste caso, o movimento de rotação é dado pelo quarto eixo, programado como

eixo rotativo A, e o movimento de translação é executado pela combinação dos eixos Y

e Z em sincronia com o eixo A.

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3.4 Modelo Matemático e Programação

A programação para todos os tipos de máquina são regidas por um modelo

matemático deduzido por Barros em seu trabalho “O uso da computação gráfica no

ensino de curvas de largura constante”, onde é apresentado em 1.4.2 o subtítulo

“Identificando a trajetória do eixo da broca”.

Abaixo são apresentas as paramétricas em função do ângulo de rotação “c”:

Na 1ª fase (1.15) reduz-se a:

Na 2ª fase a:

Na 3ª fase a:

(1.17)

36

32

1

2

11

2

3

32

1

2

1

c,

)ccos()c(seny

)c(sen)ccos(x

10

23

32

1

2

11

2

3

3

11

c,

)ccos()c(seny

)c(senx

(1.18) 11

60

3

1

2

3

32

1

2

1

c,

)ccos(y

)c(sen)ccos(x

(1.16) 9

16


E na 4ª fase a:

As fases por ele citadas estão relacionadas ao gráfico abaixo que mostra a

trajetória do que chamamos aqui de movimento de translação.

(Fonte: BARROS, O uso da computação no ensino de curvas)

Na figura anterior, Barros define a origem do sistema de coordenadas no canto

inferior esquerdo do que seria a ferramenta.

Esta origem não é conveniente para a programação, portanto desloca-se esta

origem para o centro do quadrado:

3

2

2

32

1

2

1

2

3

3

11

c,

)ccos()c(seny

)c(senx

(1.19) 12

Figura 1.14

9

10 11

12

M

N

P

Q

17


Na 1ª fase alterada reduz-se a:

Na 2ª fase alterada a:

Na 3ª fase alterada a: E na 4ª fase alterada a:

Com a origem deslocada para o centro do quadrado, os pontos da trajetória

podem ser gerados. A programação foi feita ponto a ponto com indexação do eixo

60,

2

31)cos(

3

1

2

3

2

1)(

32

1)cos(

2

1

c

cy

csencx

9

36,

2

31)cos(

32

1)(

2

11

2

3

2

1)(

32

1)cos(

2

1

c

ccseny

csencx

10

23,

2

31)cos(

32

1)(

2

11

2

3

2

1)(

3

11

c

ccseny

csenx

11

3

2

2,

2

31)cos(

32

1)(

2

1

2

3

2

1)(

3

11

c

ccseny

csenx

12

L

18


rotativo de 3 em 3 graus uma vez que não existe nenhum comando parametrizado no

comando nem nos softwares CAM.

3.5 Material

O corpo de prova foi feito em material plástico, PP branco, com um pré-furo

cilíndrico. O movimento de translação não permite o corte no centro, devendo então, o

centro do furo estar previamente removido.

Este material foi escolhido por ser um material que não daria problemas com

refrigeração de corte, geração de cavaco, entupimento das saídas de material, esforços

de corte, vibração, etc.

O objetivo dos testes é observar a dinâmica da máquina assim como o contorno

gerado pela ponta da ferramenta.

No caso de materiais ferrosos acredita-se que seria apenas uma questão de

desenvolvimento de ferramenta e não do método apresentado. Mesmo com estas

ferramentas preparadas para este teste especificamente, provavelmente não teriam

problemas maiores para fazer a usinagem de furos quadrados em materiais como aço,

alumínio e latão, uma vez que foram confeccionadas em aço rápido e metal duro, com

ângulos de afiação para metais.

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os corpos de prova analisados mostraram que é perfeitamente possível obter

furos quadrados em máquinas a CNC, fazendo com que a ferramenta percorra a

trajetória modelada, a fim de obter o contorno perfeito do polígono controlando as

variáveis do processo.

Este processo apresentou diversas vantagens sobre os existentes que estão

basicamente relacionados a dispositivos mecânicos. Os processos de obtenção de

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furos quadrados com dispositivos mecânicos apresentam diversos problemas como

folgas, desgastes, vazamentos, repetibilidade deficiente e pouca versatilidade.

Ao implementar o processo em máquinas CNC, os ganhos são diversos como

grande versatilidade, compensação eletrônica de medidas e trajetória perfeita a ser

percorrida. Como não existe o dispositivo mecânico eliminam-se os problemas com

desgastes e folgas. Essas vantagens, na verdade, são herdadas da precisão e

versatilidade das máquinas ferramentas CNC.

4.1 Velocidade

O grande desafio para este processo é a velocidade com que os posicionamentos

são executados, os pequenos incrementos dos movimentos lineares que compõem o

movimento de translação não permitem que os motores desenvolvam alta velocidade.

Isto se deve ao fato do motor acelerar e desacelerar quase que ao mesmo tempo, não

permitindo atingir velocidade máxima, ou uma velocidade mais satisfatória para a

usinagem.

O problema é que se o movimento de translação não acontece de forma rápida, o

movimento de rotação também não, uma vez que são simultâneos e dependentes,

conseqüentemente gerando uma baixíssima velocidade de corte para a ferramenta,

algo em torno de 50 rpm na velocidade máxima dos controladores testados.

Os testes foram executados para quadrados de 10mm, ao aumentar o tamanho do

quadrado, os deslocamentos também o são, porém o desenvolvimento principal

realmente deve acontecer nos controladores, não se pode aumentar o tamanho dos

furos para obter velocidades satisfatórias de corte.

Em um primeiro momento, os incrementos angulares haviam sido definidos em 3

graus, com a baixa velocidade desenvolvida pelo sistema como um todo, este

incremento angular foi passado para 10 graus, porém sem melhora significativa alguma.

Um teste foi executado considerando um furo de 100 mm com o intuito de

aumentar os deslocamentos dos eixos X e Y a cada três graus de rotação. A velocidade

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aumentou significativamente, comprovando que os deslocamentos mínimos para o

quadrado de 10mm têm forte influência na velocidade da operação.

Outro teste foi executado com a modificação da trajetória de translação. Nos

testes anteriores a trajetória foi composta por microsegmentos de reta. Estes

segmentos foram substituídos por quatro arcos de circunferência programados a cada

30º de rotação, desenvolvendo uma velocidade muito maior do que as condições

anteriores, porém com perda significativa de geometria.

Velocidade com microsegmentos para quadrado de 10mm – Comando Siemens 810D

Velocidade com arcos de circunferência de raio 0.77mm para

quadrado de 10mm – Comando Siemens 810D

Avanço programado em XY: 3000mm/min

Avanço programado em XY: 3000 mm/min

Avanço máximo real em XY: 621mm/min

Avanço máximo real em XY: 2359 mm/min

RPM obtido: 45 RPM obtido: 162

4.2 Geometria

Com a programação da trajetória em função do incremento angular, a precisão

obtida passa a depender da precisão da construção da ferramenta e dos sistemas de

fixação.

Necessariamente o sentido de rotação deve ser ao contrário do sentido do

movimento de translação, caso estes sentidos sejam iguais, o quadrado sofrerá um

grande aumento da medida com o abaulamento dos lados (Fig. 12).

21


Fig.12 Abaulamento do lado do quadrado quando os sentidos de rotação e translação são iguais

Outro fator determinante no abaulamento do lado do quadrado é a excentricidade

da ferramenta, embora seja um abaulamento menor.

O quadrado passa a perder perpendicularidade e a característica linear do lado, a

partir do momento que a posição inicial da ferramenta não está na perpendicular exata.

Quanto mais desvio na posição inicial, mais o lado do quadrado fica sinuoso.

Com a ferramenta fixada de forma concêntrica no eixo spindle, na melhor

configuração encontrada (Centro de Usinagem Vertical 3 Eixos), foram obtidos os

melhores resultados em relação à geometria e medida do quadrado obtido (Fig. 13).

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Fig.13 Furo obtido em Centro de Usinagem Vertical 3 Eixos

4.3 Geometria x Velocidade

Com o intuito de aumentar a velocidade obtida do eixo árvore de 45 rpm, a

trajetória de translação foi substituída por uma trajetória circular, de forma que o eixo C

é programado de 30 em 30º ao invés de 3 em 3º . Como visto na tabela anterior, a

velocidade teve um aumento significativo, porém a geometria obtida ficou comprometida

pela perda de contorno e conseqüente variação de medida.

Foram formados 4 arcos de circunferência de raio 0.7735, sendo programados a

cada 30º . A geometria que foi executada com velocidade de 162rpm e avanços de

2359mm/min, ficou com um quadrado obtido de 10.5mm, lado abaulado e erros de

concordância.

5. CONCLUSÃO

A proposta deste trabalho teve como objetivo apresentar um processo para a

obtenção de furos quadrados em máquinas a CNC, a partir de uma ferramenta rotativa

com movimentos sincronizados de translação, demonstrando a possibilidade de

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utilização tanto do processo, quanto do produto gerado. Com este processo

consolidado, o preço de furos poligonais poderá ser drasticamente barateado, pois hoje

são relativamente caros em relação ao furo cilíndrico, utilizando processos como

brochamento, estapagem, forjamento, eletro erosão, corte por jato d´água e LASER

para serem confeccionados.

Importante evidenciar de que esta tecnologia já está instalada nas máquinas a

CNC, basta utilizar este recurso, ou melhorar e disponibilizar esta tecnologia já

instalada para o usuário final.

Esta disponibilização pode ser feita através de comandos já pré-programados para

utilização pelo usuário final, assim como existem hoje, os ciclos para desbaste,

rosqueamento, furação, bolsas, etc.

Os softwares CAM também poderiam desenvolver este comando, a fim de facilitar

e disponibilizar o uso para o usuário final.

Com a facilidade que este processo pode oferecer, espera-se que a utilização de

furos poligonais possa ser aumentada significativamente pelas indústrias mecânicas e

outras. Segue abaixo uma sugestão na substituição do sistema de travamento do

movimento, hoje largamente utilizada pela indústria mecânica, a chaveta.

Eixos de motores

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Os eixos de motores, em sua grande maioria são acoplados a algum

elemento mecânico através de chavetas, e este elemento por sua vez também

deverá ter uma chaveta no furo para encaixe desta chaveta. Quando o sistema

está montado, toda a potência do sistema é transmitida através deste componente

chaveta. Veja uma nova configuração para este tipo de acoplagem, onde temos a

eliminação do componente chaveta.

Hoje em dia este tipo de encaixe se torna inconveniente pela fabricação do furo

quadrado da polia.

Uma comparação no tempo de processo de confecção do sistema atual pelo

proposto poderia ser facilmente estimada e certamente o sistema proposto teria um

tempo relativamente reduzido, conseqüentemente mais barato.

A ferramenta apresentada também é um foco de melhoria, pois se comparar a

ferramenta atual com a de 1913, as semelhanças são grandes para não dizer iguais,

com melhorias a fazer, pois com o movimento de translação necessário ao furo

quadrado, a ferramenta, mesmo que tenha o corte de uma aresta prolongado até o

centro, não consegue fazer uma furação sem o pré-furo, portanto, a necessidade de

desenvolvimento destas arestas de corte centrais da ferramenta.

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Como visto, a furação quadrada pode ser realizada com velocidades baixas em

máquinas a CNC atuais, provavelmente satisfatórias para a usinagem de aço com

ferramentas de aço rápido, mas a exigência em processos industriais requer operações

com altas velocidades de corte, desafiando fabricantes de controladores numéricos

computadorizados para este processo.

Um caminho provável seria o ajuste de arcos de circunferência que possam

resultar em geometrias obtidas, com erros controlados para determinadas aplicações,

fazendo uma relação de velocidade x geometria satisfatória, sempre buscando um

maior incremento angular do eixo árvore.

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PROCEDURE FOR OBTAINING SQUARE HOLES USED FOR CNC MACHINE TOOLS WITH ROTARY TOOL

The polygon holes have been for a long time an obstacle in the machining

industry by difficult to get them, in spite of great advance technologies on last decade.

The process used to get holes like that one are always at least limited in a point. The

square holes can be used in a big number of applications in the general industry. For

example, one of the main functions of a square hole could be the lock of the circular

movement, which would use just two elements, the square shaft (it´s easy to get this

kind of shaft) and the square hole. It´s not necessary another element beside the main

elements to get the movement locked. The comparison, mainly in terms of cost can be

done with the shafts that use any kind of clench, and normally this kind of holes are

inconvenient in the manufacture process. The proposed process to square holes looks

like the drilling operation (cylindrical), probably the cost will be around the cost of

cylindrical drilling. The expectative is that because of easily of the process to get square

hole, the industry in general use a lot the polygon fit and the companies which develop

CNC commands let available the process in easy to use in your controllers. The CAM

developers can available this process, like a command, in easy to use to the final user.

Keywords: Square Hole. Polygonal Hole

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REFERÊNCIAS

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