A precisão de usinagem refere-se ao grau de conformidade entre os parâmetros geométricos reais (dimensões, forma e posição) de uma peça usinada e seus parâmetros geométricos ideais. Na usinagem mecânica, os erros são inevitáveis, mas devem ser mantidos dentro dos limites permitidos. Por meio da análise de erros, é possível compreender os padrões básicos de variação dos erros e, assim, adotar medidas correspondentes para reduzir os erros de usinagem e melhorar a precisão de usinagem.
I. Principais causas de erros na usinagem mecânica
(i) Erros de Rotação do Fuso
O erro de rotação do fuso refere-se à variação entre o eixo de rotação instantâneo real do fuso e seu eixo de rotação médio. As principais causas dos erros radiais de rotação do fuso incluem: erros de coaxialidade das seções do fuso, diversos tipos de erros próprios dos rolamentos, erros de coaxialidade entre os rolamentos, deflexão do fuso, entre outros. Aperfeiçoar adequadamente a precisão de fabricação do fuso e de sua carcaça, selecionar rolamentos de alta precisão, melhorar a precisão de montagem dos componentes do fuso, balancear os componentes de alta velocidade do fuso e pré-carregar os rolamentos podem todos melhorar a precisão de rotação do fuso da máquina-ferramenta.
(ii) Erros de guia
As guias servem como referência para determinar as relações posicionais relativas entre os diversos componentes da máquina-ferramenta e também como padrão para o movimento da máquina-ferramenta. Os requisitos de precisão para as guias do torno envolvem principalmente três aspectos: retidão no plano horizontal; retidão no plano vertical; e paralelismo (torção) das guias dianteira e traseira. Além dos erros de fabricação das próprias guias, o desgaste irregular e a qualidade da instalação das guias também são fatores importantes que causam erros nas guias.
(iii) Erros da Cadeia de Transmissão
Os erros de transmissão em uma cadeia de transmissão referem-se aos erros de movimento relativo entre o primeiro e o último elemento de transmissão em uma cadeia de transmissão internamente ligada. Os erros de transmissão são causados por erros de fabricação e montagem dos diversos componentes da cadeia de transmissão, bem como pelo desgaste durante o uso.
(iv) Erros Geométricos da Ferramenta
Qualquer ferramenta inevitavelmente sofre desgaste durante o processo de corte, o que, por sua vez, provoca alterações nas dimensões e na forma da peça. A seleção correta de materiais para ferramentas, a adoção de novos materiais resistentes ao desgaste, a escolha racional dos parâmetros geométricos e de corte da ferramenta, bem como o uso adequado de fluido de corte, podem todos minimizar o desgaste dimensional da ferramenta. Quando necessário, dispositivos de compensação também podem ser utilizados para compensar automaticamente o desgaste dimensional da ferramenta.
(v) Erros de posicionamento
a) Erro de não coincidência de datum: No desenho de uma peça, o datum utilizado para determinar as dimensões e a posição de uma superfície é chamado de datum de projeto. Já na ficha de processo, o datum utilizado para determinar as dimensões e a posição da superfície usinada após o processamento é chamado de datum de processo. Ao usinar uma peça em uma máquina-ferramenta, certas características geométricas da peça devem ser selecionadas como datums de fixação. Se o datum de fixação selecionado não coincidir com o datum de projeto, ocorre um erro de não coincidência de datum.
b) Erro de fabricação imprecisa de pares de elementos de fixação: Os elementos de fixação de um dispositivo de fixação não podem ser fabricados com precisão absoluta de acordo com as dimensões nominais; suas dimensões (ou posições) reais são permitidas a variar dentro de faixas de tolerância especificadas. A superfície de fixação da peça e os elementos de fixação do dispositivo de fixação juntos formam um par de elementos de fixação. A variação máxima de posição da peça causada pela fabricação imprecisa desse par de elementos de fixação e pelo ajuste de folga entre eles é chamada de erro de fabricação imprecisa do par de elementos de fixação.
(vi) Erros causados pela deformação do sistema tecnológico sob a ação de forças
a) Rigidez da peça: No sistema tecnológico, se a rigidez da peça for relativamente baixa em comparação com a da máquina-ferramenta, da ferramenta e do dispositivo de fixação, a deformação da peça devido à rigidez insuficiente sob a ação das forças de corte terá um impacto relativamente grande na precisão de usinagem.
b) Rigidez da ferramenta: Uma ferramenta de torneamento externo apresenta alta rigidez na direção normal (y) à superfície usinada, e sua deformação pode ser desprezada. Ao alargar um furo interno de pequeno diâmetro, a barra de alargamento possui rigidez muito baixa, e sua deformação sob carga afeta significativamente a precisão da usinagem do furo.
c) Rigidez dos componentes da máquina-ferramenta: Os componentes da máquina-ferramenta são compostos por muitas peças. Até o momento, não existe um método de cálculo simples e adequado para a rigidez dos componentes da máquina-ferramenta; atualmente, utilizam-se principalmente métodos experimentais para medir a rigidez desses componentes. A deformação não é linearmente relacionada à carga; a curva de carregamento e a curva de descarregamento não coincidem, sendo que a curva de descarregamento fica atrás da curva de carregamento. A área delimitada entre as duas curvas representa a energia dissipada durante o ciclo de carregamento e descarregamento, consumida pelo trabalho de atrito e pelo trabalho de deformação por contato. Após o primeiro descarregamento, a deformação não retorna ao ponto de partida do primeiro carregamento, indicando a presença de deformação residual. Após múltiplos ciclos de carregamento-descarregamento, o ponto de partida da curva de carregamento coincide com o ponto final da curva de descarregamento, e a deformação residual diminui gradualmente até zero.
(vii) Erros Causados pela Deformação Térmica do Sistema Tecnológico
A deformação térmica do sistema tecnológico tem um impacto relativamente grande na precisão da usinagem. Especialmente na usinagem de precisão e na usinagem de peças grandes, os erros de usinagem causados pela deformação térmica podem, às vezes, corresponder a 50% do erro total da peça. As máquinas-ferramenta, as ferramentas e as peças estão sujeitas a diversas fontes de calor, fazendo com que suas temperaturas aumentem gradualmente. Ao mesmo tempo, elas dissipam calor para os materiais e o espaço circundantes por meio de diversos mecanismos de transferência de calor.
(viii) Erros de ajuste
Em cada etapa da usinagem mecânica, é necessário realizar algum tipo de ajuste no sistema tecnológico. Como o ajuste não pode ser absolutamente preciso, surgem erros de ajuste. No sistema tecnológico, a precisão posicional mútua entre a peça e a ferramenta na máquina-ferramenta é garantida por meio do ajuste da máquina-ferramenta, da ferramenta, do dispositivo de fixação ou da própria peça. Quando as precisões originais da máquina-ferramenta, da ferramenta, do dispositivo de fixação e da peça bruta atendem todas às exigências do processo e não se consideram os fatores dinâmicos, a influência dos erros de ajuste passa a desempenhar um papel decisivo na precisão da usinagem.
(ix) Erros de medição
Quando as peças são medidas durante ou após a usinagem, o método de medição, a precisão da ferramenta de medição, as condições da peça e os fatores subjetivos e objetivos afetam diretamente a precisão da medição.
II. Medidas para Melhorar a Precisão da Usinagem Mecânica
(i) Redução dos Erros Originais
Reduzir diretamente os erros originais inclui melhorar a precisão geométrica das máquinas-ferramenta utilizadas na usinagem das peças, aprimorar a precisão dos dispositivos de fixação, das ferramentas de medição e das próprias ferramentas de corte, bem como controlar a deformação do sistema tecnológico sob ação de forças e calor, o desgaste das ferramentas, a deformação causada por tensões internas e os erros de medição. Para melhorar a precisão da usinagem, é necessário analisar os diversos erros originais que provocam erros de usinagem e adotar diferentes medidas para tratar os principais erros originais responsáveis pelos erros de usinagem, de acordo com as diferentes situações. Para a usinagem de peças de precisão, deve-se melhorar, tanto quanto possível, a precisão geométrica, a rigidez e o controle da deformação térmica das máquinas-ferramenta de precisão utilizadas. Já para a usinagem de peças com superfícies conformadas, o foco principal está em reduzir o erro de forma da ferramenta de conformação e o erro de instalação da ferramenta.
(ii) Método de Compensação de Erros
Para alguns erros originais no sistema tecnológico, podem ser adotados métodos de compensação de erros para controlar sua influência nos erros de usinagem das peças.
a) Método de compensação de erros: Este método cria artificialmente um novo erro original para compensar ou anular os erros originais inerentes ao sistema tecnológico original, reduzindo assim os erros de usinagem e melhorando a precisão da usinagem.
b) Método de cancelamento de erros: Este método utiliza um tipo de erro original para cancelar parcial ou totalmente outro erro original ou outro tipo de erro original.
(iii) Diferenciação ou equalização dos erros originais
Para melhorar a precisão de usinagem de um lote de peças, podem ser adotados métodos de diferenciação de determinados erros originais. Para superfícies de peças que exigem alta precisão de usinagem, também pode-se utilizar o método de equalizar gradualmente os erros originais por meio de processos sucessivos de corte de teste.
a) Método de diferenciação (agrupamento) dos erros originais: Com base na lei da reflexão dos erros, as dimensões das peças brutas ou das peças já usinadas na operação anterior são medidas e divididas em n grupos de acordo com o tamanho, reduzindo a faixa dimensional de cada grupo para 1/n da original. Em seguida, de acordo com a faixa de erro de cada grupo, a posição precisa da ferramenta em relação à peça é ajustada separadamente, de modo que o centro da faixa de dispersão dimensional de cada grupo de peças fique praticamente coincidente, reduzindo assim consideravelmente a faixa geral de dispersão dimensional de todo o lote de peças.
b) Método de equalização dos erros originais: Este processo consiste em reduzir e promediar continuamente os erros originais na superfície usinada por meio da própria usinagem. O princípio da equalização é identificar as diferenças entre superfícies de peças ou de ferramentas estreitamente relacionadas, por meio de comparação e inspeção mútuas, e então realizar usinagens de correção mútua ou usinagens de referência.
(iv) Transferência dos Erros Originais
A essência desse método é transferir os erros originais da direção sensível aos erros para a direção não sensível aos erros. O grau de reflexão de diversos erros originais nos erros de usinagem da peça está diretamente relacionado ao fato de eles se situarem ou não na direção sensível aos erros. Se, durante a usinagem, forem adotadas medidas para transferi-los para a direção não sensível aos erros, a precisão de usinagem poderá ser amplamente aprimorada. Transferir os erros originais para outros aspectos que não afetam a precisão de usinagem.
III. Conclusão
Na usinagem mecânica, os erros são inevitáveis. Somente mediante uma análise detalhada das causas dos erros é possível adotar medidas preventivas adequadas para reduzir os erros de usinagem e melhorar a precisão da usinagem mecânica.
