cnc comando numérico computadorizado.pdf

Comando Numrico Prof. J. Campos Rubio

UFMG 97

Tecn

olo

gia

de Pr

odu

o

Controle Manual Controle Rgido

Controle Flexivel (CNC)

Volume de Produo

Mquinas Especiais

Mquinas Universais

19. Comando Numrico Computadorizado

19.1 Generalidades:

At 1950 a operao de mquinas ferramenta era inteiramente manual, o que necessitava de mo-de-obra altamente qualificada. Esta mo-de-obra representava uma parcela considervel dos custos de fabricao. Em 1940 iniciou-se ento a mecanizao da produo atravs da utilizao de dispositivos mecnicos, pneumticos, eltricos e hidrulicos.

Mquina Fresadora Convencional Centro de Usinagem CNC

Automao: consiste em seguir uma seqncia pr-determinada de operaes com pouca, ou nenhuma, interferncia humana, utilizando dispositivos e equipamentos especializados a fim de executar e/ou controlar processos de manufatura.

Principais objetivos/metas na automao da manufatura:

Integrao das operaes a fim de melhorar a uniformidade e a qualidade dos produtos, minimizando o ciclo de produo e reduzindo custos;

Melhoria da produtividade atravs de um maior controle da produo; Reduo da influncia humana, eliminando possveis erros; Reduo de riscos de danos pea durante o seu manuseio; Aumento do nvel de segurana, principalmente sob condies de trabalho perigosas e/ou

insalubres; Economia de espao atravs da reorganizao de equipamento e do fluxo de material.

Principais fatores a serem considerados no emprego da manufatura:

Tipo de produto; Quantidade e taxa de produo; Etapa(s) do processo a ser(em) automatizadas; Capacidade de pessoal; Confiabilidade e problemas de manuteno do

sistema; Fatores econmicos.


UFMG 98

Comando Numrico

Pode-se definir comando numrico como sendo o mtodo de controle dos movimentos da mquina atravs da insero direta de instrues codificadas o sistema, o qual interpreta os dados e os converte em sinais eltricos, os quais iro controlar, por exemplo, a rotao do eixo, troca de ferramenta, o uso ou no de fluido de corte, etc.

Contudo, certos fabricantes de mquinas referem-se ao comando numrico como apenas o equipamento eletrnico encarregado de receber informaes de entrada de dados, compilar estas informaes e transmiti-las em forma de comando mquina ferramenta de modo que esta, sem a interveno do operador, realize as operaes na seqncia programada.

Histrico:

Idealizada por John Parsons em 1947 fabricante de ps de rotores de helicpteros chapelonas para verificao do perfil e passo destas ps. Feitas inicialmente em mandriladora de coordenadas e acabamento manual. Sistema DIGITRON: acoplou um processador eletrnico de dados mandriladora de coordenadas, alimentando a unidade eletrnica de controle por meio de cartes. 1949 a Fora Area dos Estados Unidos concedeu um contrato de desenvolvimento. Com assistncia dos Laboratrio de Servo Mecanismos do MIT em 1952 foi apresentado um prottipo baseado numa fresadora copiadora Cincinnati Hydrotel. Na Exposio de Mquinas de 1955 foram apresentadas as primeiras mquinas comandadas numericamente: Bullard, Ferrand, Fosdick, Hillyer e Wiedemann. 1957 - incio da comercializao do CN Gidding Lewis produzia a SKIN MILL uma cpiadora multi-eixo para a Fora a Area. Burg: Furadeira de cabeote revolver comandada numericamente. Kearney Trecker (1958): Centro de Usinagem furar, fresar, mandrilar e roscar.

1967 - primeiras mquinas do CN no BRASIL 1969 as vendas representavas 27 % do mercado americano. Dcada de 70 foi introduzido o comando numrico baseado em computadores (P) (primeiros comandos a CNC). 1971 - fabricado pela a ROMI o primeiro torno com comando CN (comando SLO-SYN) 1977 - comandos numricos com CNC usando tecnologia dos microprocessadores 1980 - sistemas flexveis de fabricao so aplicadas em larga escala

Comando numrico direto (DNC): controla diversas mquinas atravs de um computador central, o qual pode ser acessado pelo operador atravs de terminais. Possui a grande desvantagem de no caso do computador central sair do ar, todas as mquinas a ele ligadas sero paralisadas.

P R S

K I J H D G

L M N

T U V X Y Z X Y Z

P R S

K I J H D G

L M N

T U V X Y Z X Y Z

P R S K I J H D G

L M N T U V X Y Z X Y Z


UFMG 99

Comando numrico distribudo (DNC): O computador central controla microcomputadores instalados em cada mquina ferramenta.

Vantagens: - Flexibilidade; - Alta capacidade de memria; - Alta capacidade computacional.

Comando numrico computadorizado (CNC)

O CNC trata-se de uma evoluo do comando numrico onde, um microcomputador, ou microprocessador, parte integrante do controle da mquina ferramenta.

A necessidade cada vez maior de pequenos lotes de peas, de formas complexas, demandando melhor acabamento e tolerncias mais estreitas, tem provocado a adoo deste tipo de tecnologia na maior parte da industria metal-mecnica, assim como dentro de outras reas. Onde, peas destinadas a equipamentos aeroespaciais, mdicos e nucleares, s so economicamente e tecnicamente viveis quando feitas em mquinas CNC.

Caractersticas: Flexibilidade de Fabricao: peas variadas, complexas com mnimo trabalho. Preciso de Execuo: controle dimensional feito pela mquina. Controle Rgido de Fabricao: menores erros humanos e maior volume de produo. Maior Produtividade: leitura de desenhos (CAD), especificaes de usinagem (CAM), comandos geomtricos controlados continuamente e com preciso.

Vantagens do CNC


UFMG 100

A possibilidade de realizao de muitas operaes na mesma mquina com uma nica preparao.

A desnecessidade do uso de ferramentas especiais para corte de superfcies complexas.

Reduo da taxa de refugo devido repetibilidade e resoluo do conjunto CNC e a reduo dos impactos causados pelo operador.

A facilidade de incorporar mudanas ao projeto ( CAD/CAM ). A facilidade de assumir, em um sistema de controle de qualidade pela verificao de

um item, que esse item representativo no lote. Aumento considervel da produo.

Desvantagens do CNC: Apresentam alto investimento inicial. Custos de Preparao e Programao. Operadores Treinados. Manuteno Especializada. O trabalho em peas isoladas ou lotes muito reduzidos no vantajoso. A linguagem de programao das mquinas CNC de baixo nvel e de interface nada

amigvel, possibilitando acidentes por motivos de falha humana.

Principais recursos do CNC - Vdeo grfico para o perfil da pea e visualizao do campo de trabalho da ferramenta; - Compensao do raio do inserto; - Programao de reas de segurana; - Programao de quaisquer contornos; - Programao de velocidade de corte constante; - Programao com sub-programas; - Comunicao direta com operador atravs do vdeo; - Sistema de auto-diagnstico; - Programao absoluta ou incremental nos deslocamentos; - Memorizao dos programas pr entrada manual de dados, disco ou carto de memria e ainda comunicao por interface padronizada. - Monitorizao da vida til da ferramenta; - Programao em milmetros ou polegadas; - Programao em ciclos fixos de usinagem; - "PRE-SET" de ferramentas realizado na prpria mquina.

O comando numrico pode ser utilizado em qualquer tipo de mquina-ferramenta, entretanto sua aplicao tem sido maior nas mquinas de usinagem, como Tornos, Fresadoras, Furadeiras, Mandriladoras e Centros de Usinagem. Basicamente, sua aplicao deve ser efetuada em empresas que utilizem as mquinas na usinagem de sries mdias e repetitivas ou em ferramentarias, que usinam peas complexas em lotes pequenos ou unitrios.


UFMG 101

A compra de uma mquina-ferramenta no poder basear-se na demonstrao de economia comparado com o sistema convencional, pois, o seu custo inicial ficar em segundo plano, quando analisarmos as caractersticas e vantagens da aplicao a C.N. De maneira geral, pode-se afirmar que a opo pela utilizao ou no de mquinas C.N. passa pela analise criteriosa do tipo de peas (grau de complexidade e exatido requeridos), assim como sua diversidade e tamanho de lote.

19.2 Construo De Mquinas CNC

As mquinas CNC so montagens complexas, podem ser caracterizada como um conjunto de tecnologias, das quais podem ser destacados os seguintes componentes: Programa Pea: (Software) Gabinete de Comando: (Computador & Sistema de Controle) A Mquina Ferramenta: (Acionamentos, Sensores e Elementos Mecnicos) Sistema de Troca de Ferramenta: (Magazines e Torres)

Componentes de uma mquina CNC.

Uma mquina CNC trabalha seguindo trs passos bsicos, bem diferenciados.

1. CNC l um programa (transfere para a mquina em cdigo binrio). 2. Operador inicia o ciclo automtico (cdigo binrio em Comandos Eltricos). Unidade de

controle compara o nmero de pulsos enviados e recebidos. 3. Acionamento recebem os pulsos e transformam-no em movimento.

19.2.1. Programa Pea

Servos acionamentos

Sensor de Posio e Velocidade

Componentes de Transmisso e Converso de Movimento

Gabinete de Comando


UFMG 102

Um comando numrico um computador com a misso especial de controlar movimentos de mquinas. Os computadores so mquinas eltricas capazes de distinguir duas situaes ou estados: existncia, ou no, de um certo valor de tenso eltrica. Se houver tenso, podemos indicar esse estado com o nmero um. Se no houver tenso, usamos o nmero zero. Da os nmeros que auxiliam no controle da mquina.

Desta forma, as instrues (cdigos) so identificadas por combinaes de zeros e uns. A linguagem de programao dos comandos numricos permite que a tarefa do programador seja facilitada, pois essa linguagem acaba sendo intermediria entre a linguagem de mquina (utilizando zeros e uns) e a linguagem natural do ser humano. Tipos de programao:

Programao Manual: todos os clculos so feitos com base no projeto da pea e preparada uma folha de programao. A mquina ento alimentada com o programa da pea a ser produzida;

Programao Assistida Por Computador CAD/CAM: utilizam linguagens de programao que determinam as coordenadas dos pontos, arestas e superfcies da pea.

O sistema CAD/CAM permite transferir informaes do projeto at o planejamento da fabricao fornecendo a geometria da pea apenas uma vez. Uma base de dados contem todas as informaes necessrias operao e controle da produo.

Exemplo: O Boeing 777 foi projetado e construdo totalmente atravs de duas mil estaes de trabalho ligadas a 8 computadores.

Torno Fresadora

Mandriladora

Regra da mo direita O eixo do cabeote principal (arvore) sempre o eixo Z. O Eixo com maior curso o eixo X. Os dedos sempre apontam para dentro e fora da

mquina.

+Z

+Y

+X


UFMG 103

Trecho de um programa: O2000; Esse programa foi batizado com o nmero 2000. T05; Trabalhe com a ferramenta nmero 5 G97 S1200; A rotao da placa ser igual a 1.200 rpm M3; Ligue a placa no sentido horrio M8; Ligue o fluido de corte G0 X20. Z2. Desloque a ferramenta, com o maior avano

disponvel na mquina, para o ponto de coordenadas X = 20 mm e Z = 2 mm.

19.2.2 Gabinete de Comando

As mquinas CNC possuem um computador acoplado que permitem a realizao das tarefas de leitura, anlise e edio das informaes do programa. Em essncia, o que difere as mquinas CN das CNC o computador.

O computador do CNC Compilam o programa e envia o sinal para os acionamento que gera o movimento relativo pea-ferramenta, no sendo necessrio informar todos os ponto por onde a ferramenta deve passar, mas apenas os pontos principais e a referncia da trajetria, que o computador calcular todos os pontos onde a ferramenta deve passar.

CN - hardware primeira gerao CNC - Desenvolvimento da microeletrnica (microprocessadores e perifricos) No tinham memria (incapazes de

armazenar programas); Para produzir uma pea mais de uma vez,

as mquinas CN tinham que reler o programa e executados passo a passo logo aps a leitura.

Realizao das operaes lgicas e aritmticas;

Controle de movimento; Memorizao de informaes, etc.

19.2.3 Mquina-Ferramenta

Diversos componentes podem ser identificados como essncias para o desempenho superior das mquinas comandadas numericamente sobre as mquinas convencionais, para facilitar o estudo, podemos identificar os:

Acionamentos; Sensores; Elementos Mecnicos de Converso e Transmisso de Movimento.


UFMG 104

19.2.3.1 Acionamentos:

O acionamento manual pode ser representado atravs do uso de sistemas de transmisso do tipo parafuso de alta sensibilidade acoplado a um elemento para aplicao do momento (maaneta). O sistema eletromecnico de acionamento o responsvel pela converso dos sinais de comando do controlador, na forma de sinais eltricos (tenso e/ou corrente) em movimentos mecnicos no posicionador (torque, fora, velocidade ou deslocamento). O acionamento pode ser divido em trs partes: a parte eletrnica de comando, a fonte de potncia que fornece a energia eltrica para o terceiro elemento que o servomotor, que converte a energia eltrica em energia mecnica e vice-versa. Os principais requisitos estticos e dinmicos que devem Ter os servoacionamentos so os seguintes:

Variao contnua da velocidade (linear); Grande faixa de variao da velocidade (~ 1:10.000); Baixa inrcia das partes mveis (eixo, rotor, sensores); Elevada estabilidade e continuidade da velocidade ao longo de toda a faixa,

principalmente nas baixas velocidades; Torque constante ao longo de toda a faixa de velocidades; Produo de torque suficiente para vencer as cargas estticas e dinmicas; Capacidade de girar pequenos ngulos (minutos de ngulos), entre outros.

O servomotor distingue-se do motor comum pelo fato destes ltimos serem otimizados em funo do mnimo custo, longa vida til, etc., enquanto que os servomotores so otimizados em funo de seu desempenho esttico mas principalmente de sua dinmica.

Os servomotores podem ser classificados da seguinte forma: a) Quanto forma de movimento:

Servomotores rotativos; Servomotores translativos.

b) Quanto continuidade do movimento: Servomotores de movimento contnuo; Servomotores de movimento discreto (passo-a-passo).

c) Quanto forma de energia de comando: Servomotores de corrente contnua (CC); Servomotores de corrente alternada (CA); Servomotores universais.

Servo acionamentos

Sensores


UFMG 105

19.2.3.2 Sensores:

Os sensores de posio so os elementos que auxiliam o sistema de controle a determinar a localizao temporria do posicionador. Segundo o local onde realizada a medio, os sensores de posio se dividem em: sensores de medio direta ou de medio indireta. Fala-se de medio direta quando a grandeza na qual se est interessado medida diretamente e quando esta medida atravs de uma outra grandeza a ela relacionada, trate-se de uma medio indireta.

Quando da necessidade do controle de posio, por exemplo, a medio do deslocamento linear (translao) do posicionador diretamente fornece melhores resultados quanto qualidade do sinal de realimentao do que a medio da posio angular do elemento de transmisso ou acionamento, como por exemplo de um fuso, de maneira que, torna-se necessrio o conhecimento da relao de transmisso entre o movimento angular do encoder e o movimento de translao do posicionador para uma correta ao do sistema de controle. Por outro lado, a medio direta da grandeza evita a influncia no controlador dos erros no sistema de transmisso e converso de movimento, tais como: folgas, histereses e zonas mortas (jogos), que podem afetar de maneira mais acentuada quando utiliza-se a alternativa da medio indireta.


UFMG 106

19.2.3.3 Componentes Mecnicos:

A tecnologia eletrnica, alm de permitir simplificar a estrutura mecnica, criando comandos numricos cada vez mais compactos, confiveis, econmicos e precisos, forou o aprimoramento dos componentes mecnicos. Para evitar que atritos e folgas afetem a preciso da mquina, a indstria mecnica desenvolveu componentes cada vez mais sofisticados.

Assim, os fusos de perfil trapezoidal deram lugar ao fusos de esferas recirculantes. Na figura a seguir, esses fusos apresentam maior rendimento na transmisso de esforos mecnicos, pois pequeno o atrito entre as esferas e as pistas da castanha e do fuso.

As guias de deslizamento das mquinas tambm foram substitudas por guias lineares, mais precisas e eficientes. A confiabilidade e vida til desses componentes tambm maior em relao aos fusos e guias tradicionais.

Elementos de Transmisso: Os sistemas de transmisso so elementos cuja funo essencial a converso e transmisso dos movimentos dos mecanismos necessrios para realizao do posicionamento translativo ou rotativo.

Estes elementos de transmisso e converso, devido a suas caractersticas construtivas e de funcionamento, alteram o comportamento dinmico do sistema, influenciando diretamente em parametros como a velacidade, capacidade de carga, folgas e rigidez do posicionador. Posicionados entre o sistema de acionamento (elemento motor) e carga a ser movimentada (elemento motriz).


UFMG 107

Parafuso de deslizamento Fuso de esferas re-circulantes

Guias de movimento: As guias de movimento, correspondem ao grupo de elementos funcionais dentro de um sistema posicionador que permitem o movimento suave entre duas superfcies com movimento relativo seja de translao ou de rotao.

Basicamente, a funo das guias de movimento a de definir em qual ou quais graus de liberdade deseja-se que haja movimento. Por conseguinte ficam tambm determinados os graus de liberdade segundo os quais o movimento ficar bloqueado. Desta forma, as guias para movimentos de translao podem ser chamadas de guias lineares, enquanto que as guias para movimento de rotao so denominadas de mancais rotativos.

Guias de esferas reduzem o atrito pela troca do movimento de escorregamento pelo movimento de rolamento. Onde as esferas so agrupadas num sentido predeterminado, atravs de ranhuras em v ou fixas por meio de um sistema de gaiola como mostrado na figura.

Guias de rolos e esferas re-circulantes.

19.2.4 Sistema de Troca de Ferramenta

O trocador automtico de ferramentas retira uma ferramenta e coloca outra na posio subseqente de usinagem. O trocador trabalha com um carrossel, onde so montadas as vrias ferramentas participantes do processo de usinagem. Existem vrios modelos de trocadores de ferramentas. Nos tornos, o carrossel normalmente chamado de torre.


UFMG 108

19.3 Evoluo das estratgias e mtodos de manufatura

No futuro os esforos sero dirigidos para se produzir de acordo com as demandas do mercado. Nas reas de manufatura e montagem, isto significa Ter-se somente pequenos estoques de produtos acabados e semi-acabados. Conforme foi mencionado anteriormente, no se poder ter muitas operaes no roteiro de manufatura. Conseqentemente o controle de qualidade dever ser transferido para a produo com tempo produtivo, assim como no ser possvel existir estoques reguladores que iro significar inventrio e perda.

A qualidade necessria no dever ser obtida puramente atravs de melhoria de superviso. Ser necessrio Ter-se a garantia de um controle seguro de processos de manufatura. Esta especificao leva a uma mudana de responsabilidades na rea de controle de qualidade. O objetivo principal ser obter-se um sistema de qualidade assegurada que inclua planejamento, confirmao e controle da qualidade das peas.

A complexidade crescente dos produtos e sua variao no permite a produo em lotes de produo otimizados. A conseqncia na produo ser a gerao de inventrio em processo. As mudanas das necessidades de mercado obrigaro uma mudana no sentido de se ter materiais em bruto e processos orientados para se atender as variaes de demanda, conforme elas forem ocorrendo. Neste caso, tem-se que aliar dois (2) objetivos complementares: terminar a operao do roteiro de fabricao o mais rapidamente possvel, e minimizar o tempo de transito (lead time) de uma ordem de produo. Para as empresas isto ir significar que o esforo feito at agora, no sentido de se obter alta produtividade, dever ser complementado tambm para se obter maior flexibilidade.

Um passo nessa direo a aplicao de sistemas altamente automatizados, porm flexveis na produo dos produtos. O avano em direo manufatura integrada ser sempre proporcional a velocidade de desenvolvimento desses sistemas. A sua aplicao levar a menor diviso de trabalho e a maior integrao de funes e reas de atuao (ver figura abaixo). Como conseqncia alterar-se- o atual perfil de manufatura onde predominam mquinas que executam funes/operaes fixas e um uso intensivo de mo-de-obra, para mquinas multi-operacionais automatizas e flexveis.


UFMG 109

O processamento de ordens seqencial de acordo com o lote de produo ser substitudo pela usinagem completa orientada para a demanda do momento, utilizando-se de um numero menor de mquinas-ferramenta. A estrutura dos departamentos das empresas ser bastante alterado como conseqncia da influncia conjunta do numero de operadores e a automao crescente. Mesmo nas reas de fabricao unitria e pequenos lotes, a usinagem feita com suporte tcnico intensivo ser substitudo por fabricao com aplicao intensiva de capital. A conseqncia disto ser a alterao das atividades de planejamento tcnico. Anteriormente os esforos eram para se obter utilizao total das reas de suporte tcnico. A nfase ser de mxima utilizao das mquinas.

Torneamento Fresamento

Furao

Convencional

Caractersticas Operaes Industriais Operaes Individuais

Contedo de trabalho bsico;

Muitas interfaces; Tempo pequeno de

usinagem; Grande utilizao de staff.

Tipos de Peas

Centro de Usinagem

Manufatura Flexvel

Caractersticas Mquinas Flexveis Multi-operacionais

Usinagem Completa; Poucas Interfaces; Tempo de Transferncia

Baixos; Alto Grau de Utilizao de

Mquinas.

cnc comando numérico computadorizado.pdf

Documents