Como melhorar a precisão da usinagem CNC 

Na indústria de manufatura de alta tecnologia atual, apenas um mícron pode fazer a diferença entre o sucesso e o fracasso de um projeto inteiro. Sejam equipamentos médicos, eletrônicos de consumo ou peças automotivas que você vá fabricar, a precisão da sua usinagem CNC é o indicador crucial de qualidade e montagem impecável dos seus produtos.

No entanto, ao nos comunicarmos com nossos clientes no exterior, percebemos que muitas pessoas ou não compreendem alguns aspectos da precisão da usinagem CNC ou definem tolerâncias muito rigorosas, resultando em custos de fabricação exorbitantes.

Portanto, como você já sabe, usinagem CNC fabricante de serviçoNeste artigo, vamos apresentar todos os detalhes importantes relacionados à precisão da usinagem CNC, incluindo sua definição, fatores que afetam a precisão, tolerâncias padrão e dicas de otimização de projeto.

Precisão versus exatidão na usinagem CNC: qual a diferença?

Na manufatura de precisão, exatidão e precisão (repetibilidade) são dois conceitos técnicos completamente diferentes. Compreender essa distinção ajuda você a comunicar seus requisitos técnicos ao seu parceiro de fabricação com maior clareza.

O que é precisão em usinagem CNC?

A precisão refere-se à proximidade das dimensões do componente usinado com a dimensão alvo do projeto em seu desenho 3D. Quando sua dimensão alvo é de 10.000 mm, mas seu componente usinado tem 10.002 mm de comprimento, então ele é preciso.

O que é precisão de usinagem CNC?

Usinagem CNC de Precisão Significa a capacidade de as dimensões entre as peças serem semelhantes enquanto se fabrica continuamente um número fixo de peças, digamos 1,000. Se todas as 1,000 peças fabricadas tiverem o tamanho de 10.050 mm, então as peças não são exatas (superdimensionadas), mas sim precisas.

Por exemplo:

• Alta exatidão + alta precisão: o estado ideal (fabricação de alta qualidade).
• Alta precisão + baixa exatidão: resultados consistentes sempre, mas com um desvio sistemático.
• Baixa precisão + baixa exatidão: Qualidade instável com dimensões dispersas.

Análise de compras B2B: Para compradores internacionais, um fabricante de CNC de alta qualidade deve oferecer ambos. Se uma máquina-ferramenta possui alta precisão (repetibilidade), os engenheiros podem corrigir a exatidão por meio de compensação de microajustes. No entanto, se a própria máquina perder precisão e estabilidade, resultando em variações nas dimensões das peças, isso se torna um desastre no controle de qualidade.

Tolerâncias padrão de usinagem CNC

Na produção real, o erro zero absoluto não existe. Portanto, os engenheiros especificam uma faixa admissível de desvio dimensional usando Tolerâncias de usinagem CNCAbaixo encontra-se um guia de referência de tolerância padrão comumente usado na fabricação de alta precisão:

Tipo de Usinagem	Faixa de tolerância comum (polegadas)	Faixa de tolerância comum (métrica)	Aplicações típicas
Usinagem Padrão	± 0.005”	± 0.127 mm	Invólucros comuns, superfícies sem acoplamento, ferragens em geral
Usinagem CNC de precisão	± 0.001” a ± 0.002”	± 0.025 mm a ± 0.050 mm	Encaixes de rolamentos, componentes de montagem estrutural padrão
Usinagem de alta precisão	± 0.0005”	± 0.012 mm	Componentes aeroespaciais, corpos de válvulas para dispositivos médicos críticos
Usinagem Ultra-Precisão	± 0.0002” ou menos	± 0.005 mm ou menos	Equipamentos ópticos, insertos de núcleo de molde de ultraprecisão

De acordo com as normas internacionais, se não houver tolerâncias específicas indicadas no desenho, a usinagem de precisão de peças metálicas normalmente segue as normas ISO 2768-f (Fina) ou ISO 2768-m (Média).

5 Principais fatores que afetam a precisão da usinagem CNC

Controlar as tolerâncias em um nível de ± 0.005 mm depende de muito mais do que apenas a própria máquina-ferramenta; requer uma gestão de engenharia de fábrica abrangente. Os cinco elementos a seguir determinam a precisão da usinagem CNC:

1. Condição e rigidez da máquina-ferramenta

A construção mecânica e a manutenção da própria máquina-ferramenta tornam-se cruciais. O grau de excentricidade do fuso, o desgaste das guias e a velocidade de resposta do sistema servo influenciam as dimensões da peça usinada. A usinagem de alta precisão geralmente utiliza centros de usinagem de alta rigidez.

2. Seleção e desgaste de ferramentas de corte

O corte de metais é um processo de fricção intenso. O desgaste da ferramenta ocorre gradualmente durante a operação, alterando as forças de corte e impactando as dimensões finais da peça. Além disso, geometrias e revestimentos de ferramentas especializados devem ser selecionados com base no material, como aço inoxidável (por exemplo, SUS316) versus ligas de alumínio (por exemplo, AL6061).

3. Controle de Deformação Térmica

A expansão e a contração térmica são as duas maiores ameaças às operações de usinagem de precisão. O calor gerado durante o processo de usinagem em alta velocidade leva à expansão térmica em nível de mícrons na ferramenta de corte, no fuso e na peça de trabalho. Essa é a razão pela qual as empresas de usinagem de precisão utilizam um ambiente com temperatura constante.

4. Projeto de dispositivos de fixação e fixação

Na usinagem, até mesmo a menor alteração na posição da peça pode inutilizar todo o processo. O processo de fixação deve garantir que a peça seja mantida no lugar, sem qualquer movimento, e que não haja pressão excessiva exercida sobre ela para evitar deformações elásticas.

5. Propriedades dos Materiais e Gestão de Tensões Internas

Mesmo as máquinas-ferramenta mais avançadas não conseguem violar as leis da física. As propriedades físicas dos materiais são a "chave secreta" para manter uma tolerância estável de ± 0.005 mm. A dureza, o módulo de elasticidade e os coeficientes de expansão térmica variam drasticamente entre diferentes materiais (por exemplo, AL6061, AL7075, SUS316, ligas de titânio).

Em processos de corte de alta velocidade, a liga de alumínio sofre facilmente alterações volumétricas em nível micrométrico devido ao seu alto coeficiente de expansão térmica. No entanto, materiais de difícil usinagem podem causar deflexão mínima nas ferramentas de corte devido às forças de corte extremamente elevadas.

Além disso, haverá a liberação de tensões presentes nas peças metálicas brutas como resultado da operação de remoção de material. Portanto, uma fábrica de precisão de alto nível não deve apenas dominar a usinagem, mas também realizar tratamentos térmicos de envelhecimento artificial ou recozimento antes do processamento para controlar as propriedades do material desde sua origem.

Como projetar para alta precisão em CNC (Recomendações da DFM)

Para reduzir os custos do projeto e os prazos de entrega, os engenheiros de projeto devem considerar as seguintes regras de DFMA (Design for Manufacturing and Assembly - Projeto, Fabricação e Montagem) ao realizarem pesquisa e desenvolvimento:

Evite a tolerância excessiva: Para cada incremento na tolerância, há um aumento exponencial nos custos associados à usinagem, inspeção e peças descartadas. Tolerâncias mais rigorosas são necessárias para superfícies de contato, como furos de rolamentos e ranhuras de vedação, mas outras dimensões críticas podem ter tolerâncias razoáveis.

Considerar as propriedades dos materiais: Diversos materiais apresentam comportamentos únicos durante a usinagem. Por exemplo, alguns tipos de aço inoxidável e seções mais espessas de alumínio geram tensões residuais durante a usinagem, o que resulta em pequenas alterações dimensionais após o processo. No desenvolvimento de peças de precisão, o comportamento térmico dos materiais e o alívio de tensões planejado devem ser levados em consideração.

Como melhorar a precisão da usinagem CNC?

A usinagem CNC de precisão não é um processo de uma única etapa, mas sim um processo abrangente que envolve equipamentos, roteamento e até mesmo a administração da oficina. Na realidade, os fabricantes que buscam precisão têm tolerâncias rigorosas para os seguintes cinco componentes cruciais da produção:

1. Implantar equipamentos CNC de alta rigidez e alta precisão

As máquinas-ferramenta CNC de precisão servem como base para a usinagem de precisão.

Seleção da máquina: Dê preferência a centros de usinagem CNC com alta rigidez estrutural (por exemplo, bases de ferro fundido) e excelentes propriedades de absorção de vibração, através do uso de fresamento de 3 eixos, 4 eixos ou 5 eixos simultâneos.

Configuração do sistema principal: Utilize fusos e servomotores de alta precisão que evitem folgas e erros mecânicos causados ​​por aumentos repentinos de temperatura.

2. Otimize a seleção e o gerenciamento de ferramentas de corte.

Essas são as ferramentas que interagem diretamente com o material que está sendo trabalhado, e suas condições determinarão o acabamento superficial e as tolerâncias.

Combinação de materiais e revestimentos: Escolha as ferramentas especiais (como ferramentas rígidas revestidas com um revestimento especial) para os materiais (como alumínio 6061, aço inoxidável 316, titânio, etc.) com os quais você vai trabalhar.

Gestão do Ciclo de Vida das Ferramentas: Implemente um sistema robusto para gerenciamento da vida útil da ferramenta. Isso porque, quando o desgaste ultrapassa o nível microscópico, as forças de corte se alteram, resultando em diferenças dimensionais.

3. Aprimoramento dos métodos de fixação, dispositivos de segurança e grampos

A fixação inadequada faz com que as peças sofram microdeslocamentos ou deformações elásticas durante o corte.

Eliminar a distorção de fixação: No caso de peças de paredes finas ou propensas a deformações, devem ser utilizados dispositivos pneumáticos ou hidráulicos especiais que distribuam as cargas de fixação para evitar deformações.

Melhorar a precisão do posicionamento: Adote sistemas avançados de fixação modular de precisão ou sistemas de fixação de ponto zero.

4. Integrar sistemas de inspeção em processo e compensação inteligente

A transição da tradicional “inspeção pós-processo” para o “controle em processo” é a tendência que define a manufatura moderna, inteligente e de alta precisão.

Sondas de contato: Instale sensores de contato que possam verificar dimensões importantes durante a operação da máquina, entre as etapas essenciais do processo de usinagem.

Compensação automática de ferramentas: A compensação automática de ferramentas é alcançada no CNC através do uso de dados de feedback de erro fornecidos pelas sondas, o que permite o controle em malha fechada e defeitos próximos de zero.

5. Estabelecer calibração de alta frequência e manutenção preventiva.

O desgaste mecânico sob longos períodos de trabalho em alta velocidade é uma lei física necessária que nenhuma máquina-ferramenta pode evitar.

Calibração geométrica de precisão: Utilize interferômetro a laser e medição com barra de esferas para verificar e compensar o desgaste da guia, o erro de alinhamento do fuso e o erro de retilineidade.

Eliminando Erros: Ajuste as folgas mecânicas compensando o erro de passo a partir dos parâmetros do sistema, para que a máquina-ferramenta funcione sempre com o melhor desempenho.

Como estabelecer parceria com um fabricante de usinagem CNC de alta precisão

Ao procurar um parceiro de fabricação CNC no exterior, competir apenas com base em orçamentos geralmente introduz enormes riscos ocultos de qualidade. Uma fábrica B2B com capacidades genuínas de alta precisão deve possuir as seguintes competências:

Ferramentas de inspeção de alta precisão: A fábrica precisa de máquinas de medição por coordenadas (MMC), instrumentos de medição por visão óptica, altímetros de alta precisão e medidores de rugosidade superficial. "Não se pode fabricar o que não se pode medir" é um velho ditado que se aplica a este caso.

Processos rigorosos de controle de qualidade: A capacidade de oferecer relatórios de inspeção FAI, IPQC e relatórios de OQC 100%.

Experiência aprofundada em DFM: Um fornecedor de primeira linha não se limitará a fabricar com base em seus desenhos CAD sem antes verificá-los. Seus engenheiros experientes realizarão uma análise abrangente do projeto sob a perspectiva da DFMEA (Análise de Modos de Falha e Efeitos) e eliminarão quaisquer tolerâncias excessivas antes do corte do metal.

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