ANÁLISE DO PRODUTO NX CAM TURBOMACHINERY MILLING

(1)

Análise do produto

Dr. Charles Clarke

ANÁLISE DO PRODUTO NX CAM

TURBOMACHINERY MILLING

Fatores de mercado ... 3

Aplicações especializadas existentes ... 4

Uma nova geração de software que proporciona flexibilidade ... 4

Operações especializadas para rotore ... 5

Desbaste controlado ... 5

Flexibilidade na seleção de padrões ... 6

Fresamento de retoque... 6

Controle de eixo da ferramenta ... 7

Trabalho com geometrias 3D de má qualidade ... 7

O valor de uma solução completa de CAD-CAM ... 8

(2)

Introdução

A Tecnologia CAD/CAM progrediu a um ponto em que funções antes consideradas avançadas, como a programação em 5 eixos, passaram a ser rotina. No entanto, os avanços tecnológicos permitem que os fornecedores de software entrem cada vez mais em áreas mais especializadas, elevando os níveis de valor para seus clientes. Como resultado, há novos aplicativos de extensão do CAD/CAM (também conhecidos como “add-ons”, ou complementos) que atendem a exigências específicas de setores específicos, com um elevado grau de precisão e desempenho. Esses aplicativos “add-on” (complementares) reduzem a necessidade de usar aplicativos especializados autônomos que operam fora dos sistemas padrão da empresa.

Esta análise examina um exemplo desses novos aplicativos avançados com o módulo NX Turbomachinery Milling introduzido pela Siemens PLM em sua linha de soluções de manufatura de peças NX 7.

O novo software foi desenvolvido em estreita colaboração com clientes importantes – trata-se de um mercado que a Siemens PLM domina de um ponto de vista genérico de CAD/CAM com empresas tais como Pratt and Whitney, GE Aircraft Engines e Rolls-Royce, e m uitos dos principais fabricantes e fornecedores de motores de aviação e de geração de energia são clientes significativos da Siemens. Além disso, divisões internas como a Siemens Power Generation são usuários importantes do software.

Dr. Charles Clarke

Charles Clarke é um consultor e escritor renomado nas áreas de CAD/CAM/CAE e PLM e assuntos relacionados. Com formação em engenharia, experiência no setor de CAD/CAM e experiência direta no planejamento e na implementação desses sistemas em empresas de grande porte, ele acumula uma grande experiência na qual se baseiam as avaliações e análises de produtos. O Dr. Clarke é um colaborador constante de diversas publicações do setor, tanto no Reino Unido como em nível internacional.

(3)

Fatores de mercado

Os mais recentes sistemas de turbina oferecem altos níveis de eficiência em muitas aplicações, desde geração de energia até a propulsão de aeronaves. Esse é um dos motivos do aumento contínuo da procura pelos componentes de aletas múltiplas, que são elementos essenciais dos motores de turbina.

A evolução na última década foi a adoção de discos de turbina de motores aeronáuticos (também conhecidos como rotores) fabricados como um único componente, e não formado por um conjunto de aletas separadas presas a um cubo relativamente complexo. A peça única é, normalmente, mais leve, e isso contribui para o aumento da eficiência. Essa tendência de uso tem passado das aplicações militares para as aplicações comerciais, aumentando o volume.

No entanto, a usinagem de rotores ou rotores multialetas exige mais da programação NC necessária para acionar o tipo de máquina operatriz avançada

multieixo usada nesse tipo de trabalho. Embora muitos fornecedores de CAM escolham esses componentes exigentes para ilustrar seu software de 5 eixos, os testes reais ocorrem na programação em produção. Infelizmente, em muitos casos, o software de 5 eixos padrão não é apenas m ultieixo; ele é também destinado a ser multiuso. Normalmente, o software genérico de CAM de 5 eixos não oferece as operações especiais criadas especialmente para tornar fácil e eficaz a programação dos componentes de turbomáquinas.

Normalmente, o software genérico de

CAM de 5 eixos não oferece as

operações especiais criadas

especialmente para tornar fácil

e eficaz a programação dos

componentes de turbomáquinas.

(4)

Aplicações especializadas existentes

Durante algum tempo, a tarefa especializada de programação e usinagem de aletas de turbina mais complexas e componentes do tipo rotores era realizada utilizando máquinas operatrizes especializadas e softwares de programação NC que ou acompanhavam a máquina operatriz ou eram adquiridos separadamente de um fornecedor de software muito especializado. Para muitas empresas, essa não é a situação ideal, pelo menos do ponto de vista do software, pois preferem usar um aplicativo que seja coerente com o restante de suas operações. Além de precisar lidar com vários fornecedores, e lidar com a transferência ou a conversão de dados, é também uma questão de gestão de dados e de controle de revisões. Para empresas maiores, é preocupante que aplicativos isolados tendam a residir fora do sistema de Gestão de Dados de Produtos (PDM), aumentando o custo de um gerenciamento eficaz dos dados. Além disso, pode ser m uito caro comprar e m anter esses pacotes m uito exclusivos e especializados.

Uma nova geração de software que proporciona flexibilidade

Com a versão mais recente do NX, a Siemens PLM Software introduziu uma extensão do aplicativo especializado para o seu tradicional software NX CAM, totalmente concentrado na usinagem de componentes de turbomáquinas. Quando a Siemens PLM fala de turbomáquinas, não está falando apenas de rotores. A aplicação também pode ser usada para hélices ou outras peças rotativas com aletas múltiplas. O termo geral de comercialização para todas estas áreas é “turbomáquinas”.

Um dos principais objetivos do novo software NX Turbomachinery é permitir que os usuários realizem essa complexa programação da maneira mais fácil possível. O sistema oferece opções dedicadas que colocam o usuário no contexto das turbomáquinas. A ideia é simplesmente selecionar a geometria e informar ao software os tipos de aletas de seu interesse e a operação de que você precisa. Então, basta pressionar o botão “Go”, e o sistema voltará com os caminhos das ferramentas totalmente livres de sulcos e colisões para todo o componente, dispensando qualquer outra edição ou modificação. Com um software genérico, provavelmente levaria horas para gerar um caminho de ferramenta apenas entre duas aletas com um separador. Com o NX Turbomachinery Milling, leva cerca de 2 minutos.

Exemplo de um modelo de rotor que pode ser

programado usando o aplicativo NX CAM Turbomachinery Milling.

(5)

Copyright © 2010 Dr. Charles Clarke 5 Como todos os fabricantes tendem a fazer coisas de forma diferente, a ideia do NX Turbomachinery Milling era manter o módulo de usinagem de aletas o mais flexível possível. Existem alguns aplicativos de CAM que permitem usinar entre as aletas apenas se elas forem retas. Se as lâminas forem curvas do aro de reforço ao eixo, o sistema não será capaz de usiná-las. Essas restrições não existem no NX CAM. Em alguns rotores, há aletas menores, conhecidas como “separadores”, entre as aletas principais do rotor. Alguns sistemas não permitem que você especifique separadores e, em geral, mesmo os mais poderosos aceitam no máximo um separador. No NX é possível especificar até seis separadores.

Operações especializadas para rotores

Com o novo aplicativo NX, todo o sistema é construído para ser mais fácil e intuitivo para o programador que interage com os termos de menu, como aleta, separador e eixo. Ele processa determinados tipos de geometria. Portanto, basta especificar onde estão esses tipos de geometria, e o sistema faz o resto.

Se houver um separador em entre as aletas principais, você deve dizer ao sistema onde elas estão. Em seguida, você deve especificar que deseja uma operação de desbaste, e especificar a ferramenta que deseja usar. É necessário identificar se a taxa de alimentação e a sobreposição são adequadas, além de qualquer material que você quiser deixar na peça. O processo de especificação leva cerca de um ou dois minutos e, depois, você instrui o software para calcular o caminho da ferramenta. O tempo de processamento leva mais um ou dois minutos, e o caminho da ferramenta está pronto.

Desbaste controlado

Por exemplo, ao desbastar, você pode limitar o volume que deseja remover em qualquer operação de caminho de ferramenta, para que seja possível usinar, digamos, os 50% superiores da aleta em uma única operação. As aletas do rotor tendem a ser longas, de modo que, à medida que o final da aleta se aproxima, ela será, efetivamente, uma vida longa, e você poderá obter uma deformação significativa da aleta durante a usinagem. Se a aleta estiver reforçada pela maior parte da lacuna durante essas operações, a deformação causada pela usinagem se reduz o máximo possível.

Exemplo do caminho de uma ferramenta de desbaste.

(6)

6 Copyright © 2010 Dr. Charles Clarke Normalmente, os usuários tendem a desbastar os 50% superior e, em seguida, finalizam os 40% superiores. Em seguida, eles desbastam os 50% inferiores e finalizam os 60% restantes. Ao lidar com ligas rígidas de titânio, é comum usinar em duas profundidades, de forma que haja duas profundidades de desbaste e duas profundidades de acabamento.

Flexibilidade na seleção de padrões

Embora a automação seja importante para uma programação mais rápida e fácil do NC, você precisa ter a flexibilidade de trabalhar da maneira que quiser. No NX, você tem acesso a muitas opções se desejar usá-las. Por exemplo, o NX encontra automaticamente as bordas dianteiras e traseiras da aleta, mas depois você pode ajustar as posições para obter o caminho desejado. Você pode especificar o canto que deseja usar para iniciar o padrão de usinagem; você pode especificar o tipo de padrão (subida ou em ziguezague); se deseja que a sobreposição seja da aleta da esquerda para a aleta direita, que seja em 20 passos, ou defini-la indicando uma altura de sulco de 0,2 mm ou 6 mm de profundidade de corte ou 20% da ferramenta, etc.

Fresamento de retoque

Uma área em que o aplicativo da Siemens parece levar uma vantagem especial sobre outros sistemas é no fresamento de retoque. O software NX gerencia um modelo ativo ou “em processo” de peça de trabalho para que o sistema saiba o que foi usinado e que material sobrou. Assim, por exemplo, quando algum material é deixado para trás por um cortador maior entre a base de uma aleta separadora e uma aleta principal, o NX CAM é capaz de detectar automaticamente esse material bruto, com um clique em um botão. Isto poupa trabalho de programação e proporciona uma usinagem muito mais eficiente. A peça de trabalho em processo tam bém funciona entre o torneam ento e a fresagem, e isso também é útil na área de turbomáquinas, onde as partes rotativas terão operações de torneamento fresagem.

Exemplo de um caminho de ferramenta para fresagem

(7)

Controle de eixo da ferramenta

Você também pode restringir o eixo da ferramenta e especificar o quanto deseja que a ferramenta avance ou fique para trás. Isso é especialmente importante quando se utiliza fresas de esferas e fresas, onde a extremidade inferior não tem uma borda afiada, de forma que você pode criar uma borda de ataque com a inclinação da ferramenta. Você pode especificar separadamente o avanço e o atraso da borda de ataque e a borda posterior, e um eixo de ferramenta é interpolado entre elas. Você pode especificar esses parâmetros no aro de reforço e no eixo, e o software interpola os incrementos necessários para a transição de um para o outro.

A maioria dos desvios nos eixos das ferramentas ocorre nas transições da ferramenta perto das bordas de ataque e posterior, pois a maior parte da sua mudança de curvatura ocorre nessa região. Para minimizar esse efeito, você pode fixar o eixo da ferramenta no valor próximo à borda de ataque ou posterior da aleta. Você pode especificar que, no espaço de 20 mm da borda de ataque ou posterior, o mesmo eixo da ferramenta será mantido no restante da passagem. O que você não quer são mudanças repentinas no eixo da ferramenta, pois isso pode danificar a superfície ou a ferramenta. Às vezes, uma pequena alteração no eixo da ferramenta pode significar uma alteração bastante significativa na borda de ataque da ferramenta. Aqui, o NX ajuda a gerenciar o ritmo de mudança do eixo da ferramenta. A Siemens afirma que uma função especial para a usinagem de bordas de aletas é um dos itens que foram planejados, e que isso tornará essa tarefa mais rápida e fácil como as outras já contempladas no novo software através de uma função especial para aletas e rotores.

Trabalho com geometrias 3D de má qualidade

utros sistemas de CAM são muito específicos em relação ao tipo de geometria 3D que pode ser usada como base para a programação NC nessas peças complexas. Localizar e corrigir problemas com a matemática do modelo CAD pode ser uma tarefa tediosa e demorada. Um aspecto que poupa muito tempo com o software NX é que ele não exige que você resolva esses problemas geométricos no modelo antes da programação. O NX CAM trabalha diretamente com a geometria importada para criar caminhos de ferramentas limpos, sem a correção e remodelagem típicas – poupando horas de tempo de preparação de modelos antes da programação NC.

(8)

O valor de uma solução completa de CAD-CAM

Uma das vantagens da solução NX é que o software de CAM faz parte de um conjunto completo de aplicativos que podem ser usados em engenharia de produção, onde tudo está relacionado a um modelo único de peça. Com o NX, o programador de NC tem acesso a um conjunto completo de ferramentas de NX CAD que permite a criação de um modelo 3D a partir de um desenho, se necessário. Devido à abordagem uniforme de modelagem, se a geometria for atualizada, os dados dependentes, tais como o caminho da ferramenta do NX CAM ou programas de inspeção CMM do NX, também são atualizados. Você também pode usar exatamente as mesmas funções do CAD para modelar tudo de que precisará para concluir o processo a partir de ferram entas e gabaritos para um modelo 3D completo da máquina operatriz, com toda a cinemática necessária à simulação de usinagem.

Conclusão

Dado o número de exemplos de demonstração de sistemas de CAM que demonstram simulações de seu software de 5 eixos aplicado a peças do tipo rotor, você pode pensar que qualquer pacote de CAM pode ser usado para programar essas peças complexas. Embora a disponibilidade de produtos de software de CAM multieixo tenha aumentado muito nos últimos cinco anos, ainda há uma grande diferença entre os pacotes disponíveis, em termos do que pode ser alcançado quando você colocar a demonstração de lado. Essa diferença é maior quando sistemas tradicionais, tais como o NX CAM (anteriormente CAM Unigraphics), passam para aplicações realmente dedicadas, tais como fresagem de turbomáquinas.

Esta nova versão aumenta a capacidade da Siemens. Como sempre, é possível acrescentar mais elementos, e a Siemens afirma que funções mais especializadas estão a caminho. Por exemplo, eles esperam acrescentar uma usinagem de friso, especialmente projetada para aletas, em vez de das opções comuns para usinagem de friso que acompanham o NX CAM atualmente.

Em geral, o fato de que o NX CAM já era um sistema muito amplo com recursos aprofundados e comprovados, este aplicativo deverá ser atraente para os clientes que desejam desempenho na programação de componentes com aletas múltiplas, tais como rotores, e preferem que ele venha com todas as funções de apoio extras que um grande fornecedor de CAD/CAM como a Siemens oferece.

Exemplo simulação conduzida por código G, utilizando um modelo de máquina operatriz