Avaliação do Impacto da Temperatura na integridade dimensional de peças produzidas em contexto de CNC

Abstract

O presente projeto de mestrado do curso de Engenharia Mecatrónica investiga a mitigação de erros térmicos em processos de maquinagem CNC de alta precisão, focando-se na produção de peças em ligas de alumínio para a indústria aeronáutica. O estudo aborda a complexa interação entre parâmetros de processo, a dinâmica térmica da máquina-ferramenta e da peça, e a sua influência direta na integridade dimensional final. Utilizando uma abordagem experimental e analítica em colaboração com a Aernnova, foram recolhidos dados de produção e realizados ensaios específicos para caracterizar o comportamento térmico. A análise de dados, suportada por scripts Python e visualizações gráficas, permitiu identificar correlações significativas entre os parâmetros da máquina e a temperatura da peça, com destaque para as ferramentas específicas (como T1, T6, T19 e T18) e parâmetros como a carga do spindle (SPINDLE LOAD) e velocidade real do spindle (SPINDLE ACTUAL SPEED) como os fatores mais influentes. Os resultados validam quantitativamente o impacto das variações térmicas nos desvios dimensionais, demonstrando que flutuações de temperatura entre 21,5 °C e 29 °C podem resultar em expansões lineares de até 2,1 mm em peças de 12 metros, excedendo as tolerâncias exigidas. A modelação preditiva utilizando Random Forest alcançou exatidão de 94 % na previsão do comportamento térmico, demonstrando potencial para o desenvolvimento de estratégias de compensação em tempo real. Este trabalho contribui com uma metodologia para análise e modelação de erros térmicos, fornecendo resultados técnicos para a optimização de processos de maquinagem e o desenvolvimento de sistemas de controlo mais inteligentes, visando o aumento da precisão, a redução de desperdício e a optimização da manufatura de componentes aeronáuticos críticos;Evaluation of the Impact of Temperature on the Dimensional Integrity of Parts Produced in CNC Machining Processes - Abstract:This master's project in Mechatronic Engineering investigates the mitigation of thermal errors in high-precision CNC machining processes, focusing on the production of aluminum alloy parts for the aerospace industry. The study addresses the complex interaction between process parameters, the thermal dynamics of both the machine tool and the workpiece, and their direct influence on final dimensional integrity. Using an experimental and analytical approach in collaboration with Aernnova, production data were collected and specific tests were conducted to characterize thermal behavior. Data analysis, supported by Python scripts and graphical visualizations, identified significant correlations between machine parameters and workpiece temperature, highlighting specific tools (such as T1, T6, T19, and T18) and parameters like spindle load (SPINDLE LOAD) and actual spindle speed (SPINDLE ACTUAL SPEED) as the most influential factors. The results quantitatively validate the impact of thermal variations on dimensional deviations, demonstrating that temperature fluctuations between 21.5°C and 29°C can result in linear expansions of up to 2.1 mm in 12-meter parts, exceeding the required tolerances. Predictive modeling using Random Forest achieved 94% accuracy in forecasting thermal behavior, demonstrating potential for developing real-time compensation strategies. This work contributes a methodology for analyzing and modeling thermal errors, providing technical results for optimizing machining processes and developing smarter control systems, aimed at increasing precision, reducing waste, and optimizing the manufacture of critical aerospace components.