Como a ferramenta-porta-ferramenta-fuso-máquina não é rígida, a ferramenta vibra em resposta à força de corte e pode ocorrer trepidação. A trepidação exibe grandes forças e acabamento superficial ruim, portanto deve ser evitada. Você pode usar modelos para selecionar combinações de velocidade do fuso-profundidade axial que evitam trepidação, ao mesmo tempo em que atendem às tolerâncias do projeto.
Esses mapas de estabilidade de fresamento, que separam combinações estáveis de velocidade do fuso-profundidade axial daquelas que produzem trepidação, são gerados usando uma medição da resposta de vibração da ponta da ferramenta e um modelo de força de corte.
Mapas de Estabilidade de Fresamento
O mapa de estabilidade na Figura 1 exibe grandes zonas estáveis em velocidades mais altas do fuso (velocidades de corte). Quando o desgaste da ferramenta restringe a velocidade máxima de corte, no entanto, velocidades mais baixas do fuso devem ser selecionadas. Em baixas velocidades do fuso, o amortecimento do processo pode aumentar a profundidade axial permitida sem trepidação.
Mecanismo Físico para Amortecimento de Processo
Para descrever o mecanismo físico para amortecimento de processo, considere uma ferramenta se movendo em uma onda senoidal enquanto corta o cavaco (veja a Figura 2). Quatro locais são identificados:
- O ângulo de folga, g, entre a face do flanco da ferramenta e a tangente da superfície de trabalho é igual ao ângulo de alívio nominal para a ferramenta.
- g é significativamente diminuído e pode se tornar negativo (o que leva à interferência entre a face de alívio e a superfície da ferramenta).
- g é novamente igual ao ângulo de alívio nominal.
- g é significativamente maior que o valor nominal.
Quando o ângulo de folga é igual ao valor nominal, então não há efeito devido ao corte no caminho sinusoidal. Entretanto, no Ponto 2, o ângulo de folga é pequeno (ou negativo) e a força de empuxo na direção normal da superfície, n, é aumentada. No Ponto 4, por outro lado, o ângulo de folga é maior que o nominal e a força de empuxo é diminuída.
Como a mudança na força causada pelo caminho sinusoidal está 90 graus fora de fase com o deslocamento e tem o sinal oposto da velocidade, é uma força de amortecimento viscosa (ou seja, uma força que é proporcional à velocidade, como um amortecedor).
Modelo de Força de Amortecimento do Processo
Dada a descrição anterior, a força de amortecimento do processo na direção normal da superfície depende da velocidade da ferramenta, profundidade axial de corte, velocidade de corte e uma constante, que está incluída no modelo de força de corte.
Resultados Experimentais
A força e a vibração são mostradas para três combinações de velocidade do fuso-profundidade axial na Figura 4. Todas têm uma profundidade axial de 3 mm, mas a velocidade do fuso varia.
A 9.000 rpm, o corte é estável. Isso é esperado porque o ponto está dentro da lacuna estável no mapa de estabilidade perto de 9.000 rpm. A 7.500 rpm, no entanto, é observada trepidação. Isso é novamente esperado porque o ponto está localizado acima do limite de estabilidade. A 250 rpm, o corte é novamente estável devido ao amortecimento do processo.
Projeto de Ferramentas para Aumentar a Estabilidade
O amortecimento do processo é influenciado pelo design da aresta de corte. Os projetistas de ferramentas agora adicionam recursos na face de alívio da aresta de corte para incentivar a interferência com a superfície da peça de trabalho e fornecer dissipação de energia que reduz a vibração e aumenta a estabilidade.
