Desempenho metrológico de um torno horizontal e qualidade de fabricação: estudo sobre a separação de erros como técnica de calibração

Abstract

O objetivo deste trabalho é demonstrar de maneira prática a aplicação de métodos que permitem a identificação dos erros geométricos que impactam a qualidade de processos de torneamento, atestando o desempenho metrológico da máquina ferramenta, e verificando a relação entre os erros geométricos e a qualidade de peças usinadas com diâmetros e comprimentos diferentes. Experimentos foram conduzidos em um torno mecânico horizontal, com medições realizadas por um apalpador indutivo, um artefato metálico e uma coluna de medição. Aplicou-se o método dos mínimos quadrados para corrigir o desalinhamento experimental e o método de reversão de artefato para separar o erro de retitude do torno mecânico. Análises estatísticas paramétricas e não paramétricas, com análises de variância e comparações múltiplas foram empregadas para avaliar a influência das diferentes posições dos carros de deslocamento da máquina sobre os erros medidos. Os resultados demonstraram que os erros geométricos variam de acordo com as diferentes posições longitudinais e transversais ao longo do espaço de trabalho da máquina. Os erros horizontais e verticais atingiram valores médios máximos de 11,16 e 15,49 μm, respectivamente. A simulação da usinagem de peças com diferentes diâmetros constatou que o desvio geométrico diminui para peças com diâmetros maiores e permite estabelecer tolerâncias de projeto para peças cilíndricas. Por fim, destaca-se que o método de separação de erros proposto permitiu identificar de maneira eficaz o perfil dos erros geométricos do torno mecânico e apresenta grande potencial para aplicações em ambientes industriais e em diferentes tipos de máquinas.

The objective of this work is to demonstrate in a practical way the application of methods that allow the geometric error identification that impact turning processes, attesting the machine metrological performance and verifying the relationship between geometric errors and the quality of machined parts with different diameters and lengths. Experiments were conducted on a horizontal lathe, with data collected using an inductive probe, a metallic artifact and a measuring column. The least squares method was applied to correct the experimental misalignment and the straightdege reversal to separate the straightness error of the machine tool. Parametric and non-parametric statistical analyses, with the analysis of variance and multiple comparisons were employed to evaluate the influence of the machine displacement carriages different positions on the measured errors. The results demonstrate that geometric errors vary according to different longitudinal and transverse positions throughout the machine workspace. Horizontal and vertical errors got a maximum average value of 11.16 µm and 15.49 µm respectively. The simulation of machining parts with different diameters found that geometric deviation decreases for parts with larger diameters, with the establishment of design tolerances for cylindrical parts. Finally, it is highlighted that the proposed error separation method allowed to efficiently identify the lathe geometric error profile and has great potential for applications in industrial environments and in different machine types.