Como Automatizar a Inspeção de Ferramentas CNC com Prospecção Dentro da Máquina

PFT, Shenzhen

Resumo

A inspeção automatizada de ferramentas tornou-se um passo essencial na usinagem CNC moderna, especialmente para produção de alta precisão e alto volume. O objetivo deste estudo foi avaliar a eficácia dos sistemas de medição por contato para monitoramento do desgaste das ferramentas e da precisão dimensional sem interromper o tempo de ciclo. Os métodos incluíram a integração de um sensor de contato em uma fresadora vertical de três eixos, combinada com ciclos de inspeção personalizados desenvolvidos no software de controle. Os dados foram coletados a partir de inspeções repetidas das ferramentas ao longo de 500 ciclos de usinagem, registrando desvios de diâmetro e comprimento. Os resultados mostraram que a medição automatizada reduziu o tempo de inspeção manual em 65%, mantendo a precisão dimensional dentro de ±2 µm. A análise comparativa com inspeção offline indicou que a medição dentro da máquina alcançou repetibilidade igual ou superior, especialmente na detecção de desgaste gradual de flanco. O estudo conclui que a medição integrada oferece uma solução prática e escalável para automação da inspeção de ferramentas em ambientes CNC, contribuindo tanto para a confiabilidade do processo quanto para a redução de custos.

1 introdução

O desgaste e a quebra de ferramentas estão entre as causas mais comuns de desvios nas peças e tempo de inatividade da máquina em produção CNC. Tradicionalmente, a inspeção tem dependido de medições manuais utilizando equipamentos offline, como medidores de ferramentas e microscópios. Embora precisas, essas metodologias interrompem a produção e aumentam o custo com mão de obra. A tecnologia de medição por contato dentro da máquina soluciona esses desafios ao permitir medições automatizadas das ferramentas diretamente dentro do ciclo de usinagem. Este estudo investiga como a medição por contato pode ser implementada para automatizar a inspeção das ferramentas, com foco na metodologia de projeto, resultados de desempenho e implicações práticas.

2 Método de Pesquisa

2.1 Conceito de Projeto

O sistema de inspeção foi construído em torno de um sensor por contato integrado ao eixo principal de um centro de usinagem vertical. O sensor foi programado para medir o comprimento e o diâmetro das ferramentas antes e após cada ciclo de usinagem. As rotinas de medição foram desenvolvidas utilizando macros em G-code padrão para garantir reprodutibilidade entre diferentes máquinas.

2.2 Coleta de Dados

Os dados foram coletados a partir de 500 ciclos de usinagem de componentes de aço endurecido. Desvios no comprimento e diâmetro das ferramentas foram registrados automaticamente pelo controlador CNC. Medidas offline utilizando um pré-definidor de ferramentas serviram como grupo de controle.

2.3 Equipamentos e Modelos

• Máquina: fresadora vertical de 3 eixos, 12.000 rpm no eixo principal

• Sonda: Sonda Renishaw OMP60 com acionamento por contato

• Ferramentas Testadas: fresas de carbeto de 10 mm de diâmetro revestidas com TiAlN

• Software: Controlador Fanuc 0i-MF com ciclos de medição personalizados

Essa configuração garante reprodutibilidade e permite que a metodologia seja adaptada a outras configurações de máquina.

3 Resultados e Análise

3.1 Medição do Comprimento da Ferramenta

A Figura 1 mostra a comparação entre medição na máquina e pré-ajuste offline. Os resultados indicaram um desvio máximo de ±2 µm, sem diferença significativa entre os métodos.

3.2 Medição do Diâmetro da Ferramenta

A Tabela 1 apresenta os desvios de diâmetro das ferramentas medidos ao longo de 500 ciclos. O sensor na máquina detectou consistentemente reduções graduais causadas pelo desgaste do flanco.

Tabela 1 Desvio do Diâmetro da Ferramenta ao Longo de 500 Ciclos (µm)

Os dados confirmam que a medição dentro da máquina oferece precisão equivalente, ao mesmo tempo em que economiza tempo em comparação com métodos manuais.

3.3 Eficiência de Tempo

A inspeção manual exigia em média 45 segundos por ferramenta, enquanto a medição automatizada reduziu esse tempo para 15 segundos, obtendo uma redução de 65% no tempo.

4 Discussão

Os resultados sugerem que a medição dentro da máquina pode substituir ou complementar a inspeção offline de ferramentas em muitas aplicações CNC. Sua eficácia decorre da capacidade de medir diretamente as ferramentas no ambiente de usinagem, eliminando erros de configuração causados pelo manuseio das ferramentas. As limitações incluem a necessidade de calibração do sensor e possíveis interferências de sinal em ambientes com alto uso de refrigeração. No entanto, na maioria dos cenários de produção em alta volume, os benefícios superam essas restrições. As descobertas indicam que a ampla adoção da medição dentro da máquina poderia reduzir significativamente o tempo de inatividade e melhorar o controle dos processos.

5 Conclusão

A inspeção automatizada da ferramenta utilizando detecção dentro da máquina alcança uma precisão comparável à dos métodos offline, ao mesmo tempo em que oferece economia significativa de tempo. O método é prático, repetível e compatível com os comandos CNC padrão. Pesquisas futuras podem focar na integração de modelos de previsão de desgaste em tempo real com os dados de detecção, melhorando ainda mais a manutenção preditiva na usinagem CNC.