Quais são as diferenças entre a alimentação hidráulica e a alimentação por servo-motor numa máquina de perfuração CNC?

Tem dificuldade em escolher o sistema de alimentação correto para a sua máquina de perfuração. Uma escolha errada leva a ciclos lentos, ferramentas partidas e perda de receitas. Vou explicar-lhe as diferenças reais para o ajudar a decidir.

Os avanços hidráulicos utilizam a pressão do fluido para proporcionar um impulso elevado e estável, tornando-os ideais para furos profundos e grandes diâmetros. Os avanços servomotores utilizam precisão eléctrica para um controlo distinto da velocidade, retração rápida e posicionamento exato, adequando-se à produção a alta velocidade e a operações de roscagem complexas.

A maioria das pessoas olha apenas para a etiqueta de preço. A verdadeira resposta encontra-se na mecânica de como a potência é aplicada à peça de trabalho.

Como é que os mecanismos principais dos sistemas de alimentação hidráulicos e servo diferem fundamentalmente?

Vêem-se mangueiras numa máquina e fios noutra. Parece confuso, mas a mecânica é simples. Conhecer o interior ajuda-o a prever o desempenho e as necessidades de manutenção.

Os accionamentos hidráulicos baseiam-se em bombas que empurram o óleo para os cilindros para criar força linear, dando ênfase à potência bruta e ao "músculo". Os sistemas servo utilizam motores eléctricos que accionam parafusos de avanço com controlo digital de circuito fechado, convertendo o movimento rotativo em posicionamento linear preciso para um posicionamento exato.

A construção destes dois sistemas é completamente diferente. A sistema hidráulico¹ centra-se em torno de uma estação de bombagem. Esta bomba empurra o óleo através de válvulas para um cilindro. Oferece uma elevada densidade de potência, mas sofre de complexidade. É necessário lidar com fugas de óleo, mudanças de filtro e perda de energia, uma vez que a bomba funciona constantemente para manter a pressão.

A sistema servo² é a abordagem "cerebral". Utiliza um motor elétrico de alta precisão ligado a um fuso de esferas. Um computador (CNC) diz ao motor exatamente para onde deve ir, utilizando um controlo em circuito fechado (algoritmo PID). O motor verifica a sua posição milhares de vezes por segundo através de codificadores. Desloca-se para um ponto específico, independentemente da resistência, até ao seu limite de binário. Este método é mais limpo, utiliza energia apenas durante o movimento e requer menos manutenção.

Como se comparam os avanços hidráulico e servo em termos de taxa de avanço e velocidade de retração rápida?

Os seus tempos de ciclo são demasiado lentos durante as fases de retração. Cada segundo desperdiçado prejudica o seu resultado final. O tipo de sistema de alimentação dita a velocidade e a aceleração máximas da sua produção.

Os alimentadores servo reagem em milissegundos, oferecendo uma elevada aceleração e velocidades de retração rápidas, muitas vezes superiores a 30 m/min. Os alimentadores hidráulicos têm uma resposta dinâmica lenta devido à compressibilidade do fluido e ao atraso da válvula, limitando-os a uma retração mais lenta com base nos caudais da bomba.

A velocidade não é apenas a velocidade a que a broca roda; é a velocidade a que a cabeça se move quando é não corte. Alimentação hidráulica³ é excelente para trabalhos de precisão a média e baixa velocidade. Oferece uma estabilidade suave porque o óleo é incompressível em grandes volumes, mas os ajustes distintos das válvulas são demorados. A resposta dinâmica é tipicamente inferior a 10Hz. Quando é necessário inverter a direção, a válvula tem de mudar e o fluxo de óleo tem de ser invertido. Isto cria um atraso de 50 a 300 milissegundos.

Alimentação servo⁴ suporta ajuste dinâmico de alta velocidade. A frequência de resposta é de centenas de hertz. Um servomotor pode mudar de alimentação de corte para retração rápida em menos de 20 milissegundos. Não há inércia do fluido para ultrapassar. Os sistemas servo modernos permitem perfis de aceleração em "curva S". Isto significa que a máquina atinge a velocidade de forma suave mas incrivelmente rápida (10-50 m/s²). Para um trabalho com centenas de furos, o tempo poupado apenas na retração rápida pode reduzir o tempo total do ciclo em 30% a 70%.

Para que aplicações de perfuração é essencial uma alimentação hidráulica?

Os servomotores são mais rápidos, pelo que se pode pensar que são sempre melhores. Mas a velocidade bruta falha em cenários de trabalho pesado, onde a força bruta e a absorção de choques são as únicas opções.

O avanço hidráulico é essencial para a perfuração de furos profundos (rácio L/D > 10) e furos de grande diâmetro (≥30mm). O amortecimento natural do fluido absorve a vibração, fornecendo um impulso axial estável e maciço que evita a quebra da ferramenta em materiais resistentes onde os servos se sobrecarregariam ou parariam.

Recomendo sistemas hidráulicos para trabalhos específicos de "trabalho pesado". Quando se faz um furo 100 vezes mais profundo do que o seu diâmetro, enfrentam-se forças de fricção e de corte enormes. Um cilindro hidráulico fornece um impulso constante de 20-50 kN sem sobreaquecimento. Se a broca atingir um ponto duro numa peça fundida, o óleo actua como uma mola líquida. Amortece o choque. Um sistema servo rígido pode forçar a ferramenta para a frente com demasiada rigidez, provocando a quebra da broca.

A perfuração de grandes diâmetros é outro ponto forte do sistema hidráulico. Fazer um furo de 50 mm em aço requer um binário e uma força de avanço imensos. Um servo motor comparável teria de ser enorme e dispendioso. Os sistemas hidráulicos lidam naturalmente com esta carga. Também são excelentes em sistemas de furos complexos, como furos escalonados ou furos cegos, em que é necessária uma regulação contínua da velocidade sob carga pesada. O sistema integra facilmente sensores de pressão. Se a ferramenta se afrouxar e a força aumentar, o sistema hidráulico "sente-o" e pode parar a alimentação para salvar a máquina.

• Perfuração de furos profundos⁵: Proporciona um impulso contínuo para L/D > 10 até 100:1.
• Grandes diâmetros: Lida facilmente com requisitos de binário elevado para furos de >30 mm.
• Absorção de choques: Ideal para cortes interrompidos ou pontos difíceis em peças forjadas.
• Capacidade de impulso: Fornece uma força elevada (por exemplo, 50kN) de forma eficaz.

Porque é que um avanço de servomotor oferece um controlo superior para a abertura de roscas de precisão e perfuração de furos?

As torneiras dispendiosas partem-se porque a máquina não consegue inverter suficientemente depressa. Os problemas de precisão requerem o ajuste fino computorizado que só um sistema de motor digital pode proporcionar.

Os servo-alimentadores destacam-se aqui, sincronizando a rotação do fuso com a velocidade de avanço para um rosqueamento rígido, garantindo erro de passo zero. A sua capacidade de seguir a posição absoluta permite profundidades de perfuração precisas e reversão instantânea sem o atraso que quebra as ferramentas.

Os servo-motores funcionam como o "cérebro" das operações de precisão. No rosqueamento rígido, o avanço para baixo deve corresponder exatamente ao passo da rosca. Se o fuso rodar uma vez, o avanço tem de se mover exatamente um comprimento de passo. Os servo-accionamentos utilizam codificadores de alta resolução para bloquear eletronicamente estes dois movimentos. Não há necessidade de suportes de machos "flutuantes" dispendiosos. O resultado é uma precisão de passo de ±0,005 mm.

A perfuração de peck (retração da broca para limpar aparas) é outra área em que os servos dominam. Um sistema hidráulico esforça-se por parar a uma profundidade exacta, retrair-se e regressar à exato ponto anterior. Baseia-se em temporizadores ou fluxos, que se desviam. Isto leva ao esmagamento da ferramenta. Um servo conhece a sua posição até ao mícron. Executa a ação "pica-pau" instantaneamente. Desce, retrai-se para limpar as aparas e regressa rapidamente à superfície de corte sem colidir. Esta precisão reduz significativamente as taxas de desperdício em peças de elevado valor, como os componentes aeroespaciais.

Conclusão

Escolha sistemas hidráulicos para um impulso bruto em furos profundos ou grandes. Selecione servo-alimentadores para velocidade, eficiência energética e tarefas de precisão, como rosqueamento rígido e ciclos complexos.