Por que ocorre vibração em um torno CNC de barramento plano?

A vibração autoexcitada (chatter) em um torno CNC de barramento plano ocorre quando a vibração no sistema de corte se torna forte o suficiente para perturbar o corte. O resultado visível pode ser um padrão repetitivo na peça, um acabamento rugoso ou uma dimensão instável. A causa subjacente não é necessariamente o próprio barramento plano: a ferramenta, a peça, o fuso, a torre e seus suportes influenciam a resposta da máquina às forças de corte.

A maneira mais rápida de obter um corte estável é identificar o que muda quando a vibração começa. Uma vibração que aparece apenas perto da extremidade livre de um eixo longo sugere um problema diferente daquele em que a vibração ocorre na mesma rotação do fuso em todos os trabalhos. Reduzir a rotação ou o avanço pode proporcionar um alívio temporário, mas não corrigirá um porta-ferramenta solto, uma pastilha desgastada ou um suporte inadequado da peça.

Como identificar a vibração autoexcitada pelo aspecto e pelo som

A vibração autoexcitada costuma produzir um assobio agudo ou um ronco rítmico, acompanhado por um padrão repetitivo de marcas. Em uma superfície torneada, essas marcas podem aparecer como ondas próximas entre si ou faixas diagonais. Em uma superfície faceada, o padrão pode mudar conforme a ferramenta se desloca em direção ao centro ou para longe dele.

Não confie apenas no som. Um ponto duro, uma superfície interrompida, um cavaco atingindo a proteção ou um conjunto rotativo desbalanceado também podem produzir ruído. A vibração autoexcitada é especialmente provável quando o som e o padrão na superfície começam ao mesmo tempo sob carga de corte e mudam quando a rotação, a profundidade de corte ou a configuração do suporte é alterada.

Há duas distinções úteis.A vibração forçada resulta de uma perturbação recorrente, como um corte interrompido ou um desbalanceamento rotativo. A vibração autoexcitada se desenvolve quando a ferramenta passa sobre ondulações deixadas por uma revolução anterior; a variação da espessura do cavaco altera a força de corte e pode intensificar a vibração. Ambas podem deixar marcas, mas alterar a rotação costuma ser mais eficaz contra a vibração autoexcitada do que contra um componente solto ou um impacto intermitente.

Comece pela rigidez da peça e da ferramenta

Uma peça longa presa apenas em uma placa pode se defletir para longe da ferramenta e retornar durante o corte. O risco aumenta à medida que uma porção maior do material se projeta para além das castanhas, especialmente em peças de pequeno diâmetro ou paredes finas. Se o acabamento piorar à medida que a ferramenta se aproxima da extremidade sem suporte, a deflexão da peça é uma forte suspeita.

Reduza o comprimento exposto sempre que o trabalho permitir. Para um eixo adequado, use uma contraponta corretamente alinhada; para trabalhos mais longos ou menos rígidos, pode ser necessário um luneta fixa ou seguidora devidamente ajustada. O suporte deve entrar em contato com a superfície correta, sem pressão excessiva. Força excessiva da contraponta ou uma luneta ajustada incorretamente podem deformar a peça, gerar calor ou causar outro problema de precisão.

A fixação na placa também é importante. Verifique se as castanhas são adequadas à peça, fazem contato correto e fornecem força de fixação suficiente para o corte previsto. Um componente de paredes finas pode perder a circularidade se for preso com força excessiva, enquanto uma fixação insuficiente cria um risco sério de deslocamento ou ejeção. Respeite os limites indicados pelos fabricantes da placa e da máquina, em vez de compensar um contato inadequado das castanhas aplicando mais força.

No lado da ferramenta, um balanço desnecessário funciona como uma alavanca. Uma barra de mandrilar que se projeta profundamente em um furo é especialmente vulnerável, pois tem menos suporte perto da aresta de corte. Use a menor projeção prática, selecione a maior barra adequada ao furo e confirme que o porta-ferramenta a prende com segurança. No torneamento externo, assente corretamente o porta-ferramenta e a pastilha, aperte os elementos de fixação com o torque especificado e confirme que a aresta de corte está na altura correta do centro.

Há uma distinção relacionada importante ao avaliar as ferramentas: umabroca anular HSS para trilhos destina-se à perfuração de metais, não a substituir uma ferramenta de torneamento ou uma barra de mandrilar. A seleção da ferramenta e do suporte deve corresponder à operação que está produzindo a vibração.

Verifique a aresta de corte antes de alterar o programa

Uma pastilha desgastada, lascada ou assentada incorretamente pode aumentar as forças de corte e tornar instável uma configuração que, de outra forma, seria adequada. Pare a máquina e inspecione a aresta de corte, o alojamento da pastilha e as superfícies de fixação. Cavacos ou sujeira presos sob a pastilha podem impedir que ela se assente de forma plana. Substitua uma aresta danificada e limpe o alojamento antes de avaliar se os parâmetros de corte são responsáveis.

A geometria da pastilha também altera a força que atua sobre a configuração. Uma geometria mais afiada e de corte mais livre pode ajudar uma peça esbelta ou uma barra de mandrilar ao reduzir as forças de corte, mas pode ser menos resistente em cortes interrompidos ou materiais abrasivos. Um raio de ponta maior pode melhorar o acabamento em condições estáveis, mas também pode aumentar a força radial e favorecer a deflexão em uma configuração pouco rígida. Escolha uma aresta e um raio adequados tanto ao material quanto à rigidez disponível, não apenas ao acabamento superficial desejado.

Ajuste deliberadamente a rotação, a profundidade e o avanço

Quando a configuração e a aresta de corte estão em boas condições, os parâmetros de corte podem levar a operação a uma faixa instável ou tirá-la dela. A rotação do fuso costuma ser a variável mais útil para testar, pois altera a interação entre passagens sucessivas da ferramenta e as ondulações na superfície.

Experimente uma alteração moderada da rotação, respeitando os limites recomendados para a fixação da peça, a máquina e a ferramenta. Se a vibração persistir, teste na direção oposta, em vez de presumir que reduzir a rotação é sempre melhor. Registre a rotação, a profundidade de corte, o avanço e o resultado para que uma melhora temporária possa ser reproduzida. Ao usar velocidade de corte constante, lembre-se de que a rotação do fuso muda com o diâmetro; um trecho da peça pode entrar em uma faixa instável mesmo que o corte estivesse silencioso anteriormente.

A profundidade de corte afeta a largura do material engajado e, portanto, a força de corte. Reduzi-la pode ajudar quando a ferramenta ou a peça está flexionando, mas uma passada de acabamento extremamente leve não é automaticamente estável. Se a aresta esfregar em vez de cortar de forma limpa, o acabamento e a vida útil da ferramenta podem piorar. O avanço também precisa ser suficiente para que a aresta selecionada corte com eficácia, sem ultrapassar as recomendações do fornecedor da pastilha nem a capacidade da configuração.

Sempre que possível, altere uma variável de cada vez. Se a rotação, o avanço, a pastilha e o suporte forem alterados em conjunto, um corte mais silencioso fornecerá poucas evidências sobre a causa original. Se a operação já não for segura ou a peça estiver se movendo na placa, pare e corrija essa condição antes de testar qualquer parâmetro.

Quando a máquina pode estar contribuindo

Se vários trabalhos diferentes apresentarem vibração apesar de um balanço curto da ferramenta, uma fixação segura da peça e parâmetros adequados, inspecione a máquina em vez de continuar ajustando o programa. Entre as possíveis causas estão folgas na torre ou na montagem da ferramenta, desgaste dos rolamentos do fuso, folga excessiva nas guias, lubrificação deficiente ou um problema de instalação e nivelamento da máquina.

A localização do sintoma ajuda a restringir a investigação. Uma vibração presente mesmo sem corte pode indicar um componente rotativo ou um problema no acionamento, em vez do processo de corte. Um problema que ocorre apenas em uma posição específica do eixo pode justificar a verificação da guia e de seu estado naquela região. Marcas que persistem com diferentes ferramentas e materiais justificam investigar os elementos comuns: fuso, placa, torre, guias e fixação da máquina.

Não tente diagnosticar o estado dos rolamentos tocando em peças rotativas ou abrindo proteções. Pare a máquina, isole as fontes de energia conforme exigido pelos procedimentos do local e solicite que profissionais de manutenção qualificados realizem as verificações e os ajustes especificados pelo fabricante. A pré-carga dos rolamentos, o ajuste das guias e o nivelamento da máquina exigem métodos apropriados; apertar componentes por sensibilidade pode gerar calor, travamento ou danos adicionais.

Use o sintoma para escolher a próxima verificação

• A vibração aumenta perto da extremidade livre da peça: verifique a projeção, o diâmetro, a fixação e o suporte da contraponta ou da luneta.
• A vibração ocorre principalmente durante o mandrilamento: verifique o balanço e o diâmetro da barra, a fixação, o estado da pastilha e a folga do furo.
• A vibração começa após a troca de ferramenta: inspecione o assentamento da pastilha, o contato do porta-ferramenta, a altura do centro e o balanço antes de reescrever o programa.
• A vibração aparece em uma faixa estreita de rotação: teste outra rotação segura e observe se o padrão na superfície muda junto com ela.
• Várias configurações não relacionadas apresentam o mesmo problema: investigue os componentes compartilhados da máquina e da fixação da peça.

Depois de encontrar uma condição estável, verifique as dimensões e a superfície da peça ao longo de todo o comprimento usinado, não apenas no trecho em que o ruído diminuiu. Um corte silencioso ainda pode deixar conicidade ou deformação se a peça estiver se defletindo. Registrar a configuração e os parâmetros que deram certo facilita distinguir uma falha futura da ferramenta ou da máquina de uma limitação recorrente da aplicação.