Quanto ar comprimido é necessário por hora para a troca de ferramentas, a refrigeração e outros processos no centro de usinagem de portal?

Introdução: A função do ar comprimido no centro de usinagem de portal

Durante o funcionamento do centro de usinagem de portal, o ar comprimido é um meio de energia e auxiliar indispensável. Ele não apenas aciona o sistema automático de troca de ferramentas, como também é amplamente utilizado na refrigeração do fuso, na remoção de cavacos dos peças e em dispositivos de fixação pneumáticos, entre outros processos. Compreender o consumo de ar de cada sistema é de grande importância para dimensionar adequadamente os equipamentos de abastecimento de ar e reduzir os custos operacionais da oficina.

Características de consumo de ar do sistema de troca automática de ferramentas (ATC)

O sistema de troca automática de ferramentas é um dos maiores consumidores de ar comprimido da máquina‑ferramenta. O movimento de troca de ferramentas depende principalmente do acionamento por cilindros pneumáticos para a rotação do suporte de ferramentas, do manipulador mecânico que insere e retira as ferramentas e do mecanismo de aperto‑soltura do fuso.

• Consumo de ar instantâneo elevado: Em cada movimento de troca de ferramenta, é necessário, num instante, uma pressão e uma vazão elevadas para garantir a rapidez e a suavidade do movimento.
• Tempo único curtoEmbora a vazão instantânea seja elevada, cada troca de ferramenta leva apenas alguns segundos a pouco mais de dez segundos.
• Afetado pelo ritmo de processamento: O consumo total de ar por hora depende diretamente da frequência de troca de ferramentas no processo de usinagem. Quando o usinamento de peças complexas exige trocas frequentes de ferramentas, o consumo horário de ar do sistema aumenta significativamente.

Consumo contínuo do sistema de resfriamento e de remoção de cavacos

O sistema de refrigeração e de remoção de cavacos constitui a principal componente do consumo básico de ar da máquina‑ferramenta por hora, caracterizando‑se por um consumo contínuo ou de alta frequência.

• Vedação por cortina de ar do eixo principalPara evitar a entrada de fluido de corte e de poeira nos rolamentos do fuso, a extremidade dianteira do fuso geralmente é equipada com uma vedação por cortina de ar, que requer o fornecimento contínuo de ar comprimido.
• Sopro de cavacos entre a peça e o trilho-guiaDurante o processo de usinagem, pistolas de ar comprimido de alta pressão ou bicos fixos são utilizados para remover as aparas de ferro da superfície das peças e da proteção das guias; o consumo de ar depende do número de bicos e do tempo de acionamento.
• Pressurização de gás e líquido na saída central: Em alguns tornos, o sistema de refrigeração centralizado do eixo‑principal utiliza uma bomba de pressurização pneumática‑hidráulica, o que exige o consumo de grandes quantidades de ar comprimido para gerar alta pressão.

Avaliação do consumo de ar de outros sistemas pneumáticos auxiliares

Além da troca de ferramentas e da refrigeração por sopro de cavacos, o centro de usinagem de pórtico também dispõe de numerosos processos auxiliares que requerem o consumo de ar comprimido:

• Garras pneumáticas: Placas de pressão pneumáticas ou dispositivos de fixação utilizados para segurar a peça de trabalho consomem ar de forma contínua durante o processo de apreensão.
• Extensão do protetor: Em algumas máquinas-ferramenta de grande porte do tipo portal, a proteção das guias utiliza acionamento pneumático, o que requer consumo de ar durante a extensão e a retração.
• Acumulador hidráulico: Em alguns sistemas hidráulicos de máquinas‑ferramenta, o ar comprimido é utilizado como meio de pressurização do acumulador, sendo necessário realizar reabastecimentos periódicos de ar.

Método de avaliação do consumo total de gás por hora

Devido às grandes diferenças entre os centros de usinagem tipo pórtico de diferentes especificações, quanto ao tamanho do curso, à potência do eixo‑fuso e ao número de componentes pneumáticos, não é possível estabelecer um padrão absoluto e fixo de consumo de ar por hora. O método de avaliação científico é o seguinte:

• Placa de identificação do equipamento de referência: Na placa de identificação da máquina‑ferramenta ou no manual técnico costuma constar a “consumo de ar” (geralmente expresso em litros por minuto ou metros cúbicos por minuto). Multiplicando o consumo de ar por minuto indicado na placa por 60, obtém‑se o consumo teórico por hora.
• Considerar as perdas da rede de tubulaçãoAo dimensionar um compressor de ar no ambiente de produção, é imprescindível levar em conta as perdas por vazamento nas tubulações e a queda de pressão; normalmente, é necessário acrescentar uma margem de 10% a 20% ao consumo teórico de ar.
• Avaliar a demanda de pico: Se a oficina dispuser de vários equipamentos, é necessário considerar a demanda máxima de ar no momento em que várias máquinas‑ferramenta realizam simultaneamente a troca de ferramentas ou a sopro de cavacos, a fim de evitar uma queda brusca da pressão na rede de tubulações.

Dicas práticas para otimizar o uso do ar comprimido

Para reduzir o consumo de ar comprimido e garantir a operação estável da máquina‑ferramenta, a oficina pode adotar as seguintes medidas de otimização:

• Verificação periódica de vazamentos: O vazamento de ar comprimido é o maior desperdício oculto; deve‑se realizar inspeções periódicas nas tubulações, conexões e válvulas solenoides, reparando prontamente os pontos de vazamento.
• Ajuste de pressão adequado: Sob a condição de atender às exigências do processo, reduza adequadamente a pressão do ar de sopro para remover as aparas, evitando o fornecimento excessivo de ar.
• Otimizar o programa: Ao otimizar o programa de usinagem CNC, reduz-se o tempo de movimento em vazio e encurtam‑se as operações de sopro de cavacos que não envolvem corte, diminuindo assim o consumo total de ar comprimido.