O Ruído de Alta Velocidade de um Parafuso de Esferas de um Centro de Usinagem é um Problema Grave?

Ouve-se um som de guincho durante uma corrida a alta velocidade. Pode ignorá-lo para manter a produção em movimento. Mas esse ruído é um sinal de aviso que pode custar-lhe milhares em reparações.

O ruído do fuso de esferas de alta velocidade é um sinal crítico de falha. Indica desgaste da superfície, falha de lubrificação ou problemas de expansão térmica. Ignorá-lo leva a um mau acabamento da superfície, peças fora de tolerância e, eventualmente, a uma falha catastrófica como a fratura do parafuso ou o desprendimento da porca, causando riscos de segurança.

Um cliente disse-me uma vez que a sua máquina estava apenas a ‘cantar’, mas na semana seguinte, o estado do parafuso de esferas tinha-se degradado ao ponto de estar a prejudicar gravemente a precisão das peças acabadas. Quero partilhar exatamente o que significam estes ruídos e como pode corrigi-los antes que destruam o seu equipamento.

Quais são as causas comuns do ruído agudo num fuso de esferas de um centro de maquinagem?

Lubrificamos a máquina, mas o guincho continua. O som trespassa os seus ouvidos e arruína o ambiente de trabalho. Tem de encontrar a fonte imediatamente para parar os danos.

Os ruídos agudos têm normalmente origem em quatro causas principais: desgaste mecânico que provoca a perfuração da esfera, falha de lubrificação quando a viscosidade é demasiado elevada ou o óleo está sujo, desalinhamento entre o parafuso e as calhas de guia, ou defeitos nos componentes internos, como um retornador de esferas danificado ou vedantes de pó gastos.

Temos de analisar sistematicamente as fontes de ruído. Com base na minha experiência, a lubrificação é frequentemente o primeiro sítio a procurar. Se utilizar óleo com um viscosidade superior a ISO68¹, Quando a velocidade de rotação é elevada, o atrito aumenta significativamente. Isto cria um ruído de fricção forte. Além disso, se entrarem impurezas ou sujidade no óleo, estas actuam como uma lixa. Esmerilham as pistas e estragam o acabamento liso. Em ambientes sujos, a contaminação causa cerca de 30% destes problemas de ruído.

O desgaste mecânico é o segundo grande problema. Após um longo período de funcionamento, as esferas de aço podem descascar-se e a pista fica esburacada. Isto cria uma folga excessiva entre a porca e o parafuso. Quando o parafuso gira rapidamente, estas peças soltas vibram e gritam. De facto, a vibração provocada por este desgaste pode aumentar a taxa de desgaste em mais 20% a 50%.
Os erros de instalação também são comuns. Se o fuso de esferas não estiver paralelo às calhas de guia, ou se o a concentricidade do rolamento não é igual a 0,01 mm², O parafuso luta com a máquina. Esta luta gera ruído.
Por fim, observe os componentes físicos. O reversor (o tubo que devolve as esferas) pode estar rachado. Os vedantes de pó podem estar velhos e duros. Mesmo a expansão térmica da temperatura da oficina pode alterar o ajuste. Se faltarem retentores de esferas, as esferas batem diretamente umas nas outras. Esta colisão de metal contra metal é ruidosa e destrutiva.

Como é que se pode distinguir entre um som de funcionamento normal e um parafuso de esferas avariado?

Ouve-se a máquina e pergunta-se se o som é novo. Estará apenas a trabalhar arduamente ou está prestes a avariar? Precisa de uma forma fiável de a testar.

Um parafuso de esferas saudável emite um zumbido suave e contínuo de baixa frequência. Um parafuso em mau estado produz cliques irregulares, guinchos agudos ou sons de impacto metálico. Um assobio áspero indica fricção seca, enquanto uma vibração estrondosa sugere pistas descascadas ou desalinhamento grave que requer atenção imediata.

É preciso treinar os ouvidos para perceber a diferença. Uma boa máquina tem um som aborrecido. Emite um som constante e baixo, tipo "whooshing" ou "humming". Mistura-se com o fundo. Não há vibração. A temperatura mantém-se baixa.
Os maus sons são distintos e dizem-nos exatamente o que está errado.
Se ouvir um "guincho" agudo ou um assobio, o seu a lubrificação está a falhar³. A massa lubrificante pode estar seca ou deteriorada. O metal está a esfregar seco contra metal. Isto é urgente.
Se ouvir um som de "click-click" ou de estalido, algo está fisicamente errado dentro da porca. As esferas podem estar a saltar ou a colar. A sujidade pode estar a bloquear o caminho de retorno, ou os tubos de retorno estão amolgados.
Um "ronco" ou "zumbido" profundo e pesado acompanhado de vibração é assustador. Isto significa que a pista está a separar-se ou que o veio está dobrado. É uma carga excêntrica. A máquina está a sacudir-se até à morte.

Para ter a certeza, pode efetuar uma verificação manual. Desligue o acionamento e rode a porca ou o parafuso à mão. Deve sentir-se suave como uma manteiga. Se sentir uma resistência ou um "encravamento" superior a 1 Nm, tem um problema. Além disso, verifique o seu monitor de carga servo⁴. Se a carga flutuar mais de 15% durante um movimento constante, o parafuso está a falhar.

Tipo de som	Causa provável	Ação
Hum suave	Funcionamento normal	Atualizar programa
Alto Squeak/Whistle	Falta de lubrificação / Fricção seca	Verificar a viscosidade do óleo
Clicar/rachar	Retorno danificado / Detritos	Inspecionar os componentes internos da porca
Rumbling/Vibração	Descascamento da pista / Desalinhamento	Alinhamento das medidas

Como é que a expansão térmica contribui para o aumento da fricção e do ruído durante longos ciclos de maquinagem?

A máquina funciona durante todo o dia. À tarde, o ruído aumenta e as peças estão fora de tolerância. O calor é o inimigo invisível que ataca a sua precisão.

A expansão térmica alonga o fuso de esferas, aumentando a tensão axial se as extremidades estiverem fixas. Isto altera a pré-carga, levando a uma pressão e fricção locais extremas. O calor também dilui o lubrificante, causando falha na película e fricção seca, criando um ciclo vicioso de aumento de temperatura e ruído.

O calor altera a física da sua máquina. Quando um centro de maquinação funciona durante horas, a fricção cria calor. O aço expande-se quando fica quente. O parafuso de rosca⁵ fica mais comprido. Se os apoios dos rolamentos em ambas as extremidades estiverem fixos, o parafuso não tem para onde ir. Fica apertado. Isto aumenta a tensão interna e o pré-carga axial⁶.
A porca fica demasiado apertada no parafuso. Este "aperto" cria mais fricção. Mais fricção cria mais calor. É uma armadilha, um ciclo vicioso. Durante ciclos longos, a temperatura pode subir até 50-80°C.
Além disso, o calor ataca o óleo. As temperaturas elevadas diminuem a viscosidade do óleo. A massa lubrificante torna-se fina e é deitada fora. A película protetora desfaz-se. As esferas começam a tocar diretamente na pista metálica.
Isto altera drasticamente o coeficiente de atrito. Pode saltar de um suave 0,001 para um áspero 0,01 ou superior. Isto é fricção seca. Cria um forte ruído de rangido e acelera o desgaste.
O calor desigual provoca dobras. O parafuso pode expandir-se de forma diferente na extremidade do motor e na extremidade do suporte. Isto destrói a concentricidade. As esferas começam a saltar e a pular. É necessário controlar a temperatura para impedir que isso aconteça.

Como podemos resolver este problema de ruído?

Sabe a causa, mas precisa de uma solução. Ignorar o problema não é uma opção. Precisa de um plano sistemático para restaurar a saúde perfeita da sua máquina.

Comece por lavar o sistema com óleo de baixa viscosidade e volte a encher com lubrificante ISO32-68. De seguida, realinhe o parafuso com as guias utilizando ferramentas laser (concentricidade ≤ 0,01 mm) e ajuste a pré-carga da porca. Se o desgaste for acentuado, substituir as esferas ou atualizar para esferas de cerâmica de nitreto de silício.

Utilizamos uma abordagem passo a passo para corrigir este ruído.
Primeiro, olhamos para o óleo. Lavamos o sistema. Soltamos os vedantes de pó e injectamos óleo de baixa viscosidade (inferior a ISO32). Movemos a porca para a frente e para trás para limpar a sujidade e a gordura velha. Depois, voltamos a enchê-la com o óleo correto Óleo ISO32-68⁷. A realização de inspecções regulares quinzenais ao sistema de lubrificação evitará que isto volte a acontecer.
Em segundo lugar, verificar o alinhamento. Utilizamos instrumentos laser. Medimos o paralelismo entre o parafuso e as calhas de guia. Verificamos a concentricidade dos rolamentos. Deve ser melhor do que 0,01 mm. Se estiver fora, ajustamos os assentos de suporte.
Em terceiro lugar, ajustar a pré-carga. Utilizamos uma chave dinamométrica. Apertamos a porca cuidadosamente enquanto ouvimos o ruído. Queremos uma resistência estável sem ruído.
Se as peças estiverem danificadas, actualizamo-las. Podemos mudar para uma estrutura de circulação com tampa de extremidade. É mais suave. Para máquinas de alta velocidade, utilizamos esferas de cerâmica de nitreto de silício⁸. São mais leves e mais duras. Fazem menos barulho quando atingem o retornador.
Por fim, verificar o ambiente. Manter a loja a 20°C ±2°C. Isto pára os problemas de dilatação térmica antes de começarem.

Conclusão

O ruído do fuso de esferas a alta velocidade é um aviso de perda de precisão e potencial falha; deve tratar imediatamente dos problemas de lubrificação, alinhamento e térmicos para proteger o seu equipamento e o calendário de produção.

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