MONITORAMENTO DO ESTADO DA FERRAMENTA NO TORNEAMENTO

R. B. Schroeter (1), A. J. Souza (1), G. B. Greselle (1) e P. E. M. Weickert (1)

(1) Departamento de Engenharia Mecânica, Laboratório de Mecânica de Precisão, Universidade Federal de Santa Catarina, Caixa Postal - 476 - EMC, Campus Universitário, Trindade, Florianópolis, SC, CEP: 88040-970

Palavras-chave:Monitoramento, Componentes da Força de Usinagem, Torneamento

Resumo

A aplicação de métodos indiretos exige a obtenção de valores que relacionem as falhas da ferramenta com a variável detectada. Os sinais medidos indiretamente são geralmente afetados pelas variações no material da peça, pela geometria da ferramenta e pelas condições de corte. Dessa maneira, exige-se que estas variáveis sejam consideradas num sistema de monitoramento on-line do estado da ferramenta de corte.

Como os sinais gerados por apenas um sensor são geralmente insuficiente para obter dados com total segurança a respeito do monitoramento de processo e da ferramenta, propôs-se para a aquisição de dados a utilização de diferentes sinais simultaneamente. Esta técnica torna-se atrativa desde que a perda de sensibilidade de um sensor possa ser compensada pela informação captada por outro. A estratégia de integrar várias informações aumenta a exatidão e viabiliza analisar as incertezas geradas na investigação do estado da ferramenta.

Os sensores mais usados para a determinação indireta do estado da ferramenta baseiam-se na avaliação das componentes da força de usinagem (F) ou na medição das grandezas derivadas destas componentes (torque, potência do motor ou flexão/deslocamento da ferramenta). Todos estes partem do princípio de que o desgaste da ferramenta proporciona um crescimento destas componentes. Há inúmeros fatores que afetam tais componentes, incluindo as condições de usinagem (profundidade de corte, avanço, velocidade de corte e lubrificação), a geometria da ferramenta e as propriedades do material usinado. Com o intuito de aumentar a confiabilidade do sistema de monitoramento do estado da ferramenta de corte TCM (do inglês Tool Condition Monitoring) através da análise das componentes da força de usinagem (força de avanço (Ff), força de corte (Fc) e força passiva (Fp)) em função da largura da marca de desgaste de flanco (VB), LEE et al. (1998) efetuaram um estudo detalhado sobre 7 diferentes combinações entre os valores das componentes Fc, Fp e Ff, destacando as relações R1 e R2 mostradas abaixo:

De forma a confirmar claramente a relação de R1 e/ou R2 com VB, efetuou-se o torneamento do aço SAE 1040 laminado, usando pastilhas de metal duro revestidas (CG 4025 - SNMG 120408-PM). As condições de corte utilizadas foram: vc = 290 m/min, ap = 1 mm e f = 0,4 mm. Determinou-se como critério de fim de vida um desgaste médio de flanco (VB) igual ou superior a 0,3 mm.

Para a medição direta de VB, utilizou-se um microscópio de ferramentaria. Para a aquisição de dados de força, foi utilizada uma plataforma piezelétrica KISTLER modelo 9257A, com 3 amplificadores de carga KISTLER tipo 5011 e uma placa de aquisição de dados. Os experimentos foram repetidos três vezes.

As informações extraídas dos sinais de Ff, Fc e Fp foram combinadas em R1 e R2 e posteriormente comparadas com os respectivos valores de VB. Para todos os dados analisados, foi considerado o valor médio dos três experimentos realizados.

As figuras 1 e 2 mostram respectivamente o aumento percentual dos valores das relações R1 e R2 comparados com seus valores iniciais (ferramenta nova), em função da largura da marca de desgaste VB.

Na comparação entre as figuras 1 e 2, observa-se um resultado mais significativo na relação R2, pois constata-se um aumento de 30% em relação ao valor inicial quando VB atinge 0,3 mm. Já na relação R1, o aumento é menos significativo (15%). Isto mostra a influência de VB em Fp (componente radial, perpendicular ao plano de trabalho).

Baseando-se nisto, pode-se constatar para a implementação da estratégia de monitoramento que, na presente situação, a ferramenta pode ser substituída quando o sistema apontar um aumento de 30% em R2 e/ou 15% em R1, indicando indiretamente que a largura da marca de desgaste atingiu 0,3 mm.

Referências:

Choi, D.; Kwon, W. T.; Chu, C. N. - Real-time monitoring of tool fracture in turning using sensor fusion. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, v.15, n.5, p.305-310, 1999. Ferraresi, D. - Fundamentos da usinagem dos metais. São Paulo: Edgard Blücher, 796p, 1977. Kalpakjian, S. - Manufacturing engineering and technology. 3.ed. Reading: Addison-Wesley Publishing Company, 1296p, 1995. Lee, J. H.; Kim, D. E.; Lee, S. J. - Statistical analysis of cutting force ratios for flank-wear monitoring. Journal of Materials Processing Technology, v.74, n.1-3, p.104-114, 1998. Leem, C. S.; Dornfeld, D. A.; Dreyfus, S. E. - A customized neural network for sensor fusion in on-line monitoring of cutting tool wear. ASME Journal of Engineering for Industry, v.117, n.2, p.152-159, 1995. Oraby, S. E.; Hayhurst, D. R. - Development of models for tool wear force relationships in metal cutting. International Journal of Mechanical Science, v.33, n.2, p.125-138, 1991.